乾貨：幹細胞與再生醫學領域年度盤點—幹細胞自組裝形成類器官（1）

嚴格來講，類器官並不是一個全新的工具，而是在細胞或組織結構三維培養技術基礎上的革新。但直到最近，由於對哺乳動物發育、組織穩態及細胞外基質等相關生物學機制逐漸深刻的認識，加之幹細胞體外培養技術和經驗的日益成熟和豐富，科研人員才能成功的利用幹細胞及其衍生細胞卓越的自組裝特性，構建出人類組織體外模型，而這一過程被認為與體內組織的天然發育和維持過程更為相似。目前，利用這種技術，科學家們已經開發出多種類器官，包括腦、肝臟、腎臟、乳腺、視網膜、胃腸道等。類器官作為研究工具更為強大之處在於，能夠與其他前沿技術，如成像技術和單細胞技術實現交叉融合，煥發出新的生命力。

目前，類器官已經在多個方面展現出巨大的應用潛力。

首先，可以作為胎兒發育和組織維持研究的體外模型，助力解決這一最為棘手的問題。

其次，類器官也提供了獲取人類組織的新渠道，為生物學機制的研究，尤其是在活體組織中開展研究提供了巨大的機遇，例如，科研人員最近利用類器官首次發現了在活體人類組織中中間神經元的遷移。

第三，類器官可以用於模擬疾病，從寨卡病毒感染等傳染病，到囊性纖維化等單基因疾病，再到癌症等複雜疾病，都可以利用類器官來模擬。

最後，對於起始幹細胞，可以利用基因編輯技術使其攜帶某種特定的基因變異，或從具有多種不同遺傳背景的個體中獲取，從而使構建的類器官也攜帶特定的基因，使其成為研究基因型與表型因果關係的絕佳模型。目前，科研人員已經將類器官應用於進化研究，來比較人類和猿的組織進化關係。

在展現光明前景的同時，類器官目前仍然面臨許多局限性和挑戰。

一方面，儘管構建一種類器官可能需要多種細胞類型的參與，以形成真正複雜的結構（如在腎臟的構建中，至少需要10種細胞）。但作為模型，類器官在細胞類型表現、器官結構和成熟功能等方面並不完美，如類器官缺乏血管和免疫細胞，這使得這些器官無法在細胞不死亡的情況下生長到很大規模，而且在研究涉及這些細胞的機制時，類器官便無法適用；有些類型的類器官還無法完全模擬器官的結構，科研人員用於在體內定位腦的結構標誌物無法適用於腦類器官；利用人類多能幹細胞構建的類器官會相對不成熟，在大多數時候，它們與胎兒組織的表達譜更為接近。

另一方面，由於利用多能幹細胞構建類器官要比對分化的幹細胞進行二維單層細胞培養更為複雜，所以這些類器官也會存在更大的可變性。這種可變性可能存在於多個層面，不同的起始細胞系或基因型細胞之間、或利用相同起始材料構建的一批類器官之間、又或是在一次培養的多個類器官間、甚至是一個類器官本身的不同區域間。未來，如果想要利用這些模型獲得可靠的細胞和分子表型研究數據，那麼就需要將這種可變性控制到最小，或至少是實現對其的控制。

中國科學院上海生命科學信息中心

幹細胞與再生醫學情報團隊

參考文獻：

Method of the Year 2017: Organoids. Nature Methods, 2018, 15(1): 1.

Michael Eisenstein. Organoids: the body builders. Nature Methods, 2018, 15(1): 19-22.

Natalie de Souza. Organoids. Nature Methods, 2018,15(1): 23.

來源：中國生物技術網

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