「Nature」首次！能模擬組織再生和腫瘤，三維重構類器官完美復刻人體器官

2020-12-22 轉化醫學網

本文為轉化醫學網原創，轉載請註明出處

作者：Cathy

導言：類器官是在實驗室中生長的，由幹細胞衍生的類器官組織，通常被稱為微型器官。由於它們可以模擬人體器官的結構和功能，因此被認為是用於創建人造器官或新藥研發的下一代技術。

然而，當前的類器官技術具有根本的局限性，它們不能模擬成熟器官的結構，並且缺乏組織內的微環境，以及組織內各種細胞之間關鍵的相互作用。在癌症等難治性疾病的精確建模過程中，這一限制已被視為主要問題。

為此，韓國的一個研究小組提出了一種新的微型器官概念，稱為「類組裝體」（assembloid），它可以超越傳統的類器官，並在結構和功能上完美地複製人體組織。

這項工作由浦項科技大學生命科學系的Kunyoo Shin教授領導，並於12月16日發表在《自然》雜誌，題為「Creation of bladder assembloids mimicking tissue regeneration and cancer」。

該團隊開發的「類組裝體」，即多層微型器官，可通過在組織基質中將幹細胞與各種細胞類型進行三維重構，從而精確地模擬人體組織。該類組裝體是一種新穎的技術，通過為患者定製超越常規類器官的人體器官，從而為難治性疾病的下一代藥物研發提供新的範例。

為了克服當前類器官的局限性，Shin教授的團隊開發了重組的體外人體器官，該類器官具有上皮細胞、基質細胞和肌細胞的組織結構。研究人員發現，在單細胞水平上，這些類器官在細胞組成和基因表達方面與成熟器官相同，並且能模仿正常組織應對損傷的體內再生反應。

此外，研究小組還開發了患者特異性腫瘤組裝體，其可以完美模擬體內腫瘤的病理特徵。該團隊利用基因工程技術，對該腫瘤組裝平臺開展研究，並揭示了一種新的機制：來自腫瘤微環境的信號決定了腫瘤細胞的可塑性。這些發現表明，腫瘤與基質細胞之間的信號反饋在控制腫瘤可塑性中起關鍵作用。這一發現將為腫瘤誘導分化療法的發展帶來新的範例，以治療各種侵襲性實體癌。

患者來源的膀胱腫瘤組裝體，一種模擬人類膀胱癌病理特徵的體外腫瘤組織。圖源：Kunyoo Shin（POSTECH）

該研究的第一作者浦項科技大學生命科學系的Eunjee Kim解釋道：「這些類組裝體是世界上第一個體外重構的類器官。由此，我們可以精確地建模各種複雜的難治性疾病，例如癌症，退化性疾病以及各種神經系統疾病，包括精神分裂症和自閉症，並了解此類疾病的發病機制，從而最終開發出更好的治療選擇。」

Shin教授評論道：「據我們所知，我們所做的工作能在結構和功能上重現原始組織的病理生理學，而且之前還沒有人做過這樣的工作。產生這種人造組織與現代研究特別相關，因為組織微環境在上皮組織穩態和各種腫瘤生長中的重要性正日益被人們認識到。我們希望這項研究可以開闢一個藥物開發新時代，並徹底改變各種難治性疾病的患者定製治療方法。」

參與這項研究的Tae-Young Roh教授表示：「這項研究是跨學科科學的絕佳典範，為人類各種疾病的精準和個性化治療提供了新的方向。」

名詞解釋

腫瘤誘導：腫瘤誘導分化的基本特點是不殺傷腫瘤細胞，而是誘導腫瘤細胞分化為正常可接近正常細胞，即在一些化學製劑的作用下，有的腫瘤細胞出現類似正常細胞的表型，有的恢復了正常細胞的某些功能。誘導分化治療的提出，打破了「一旦成了癌細胞，便永遠是癌細胞」觀點。

參考資料：

【1】https://medicalxpress.com/news/2020-12-three-dimensionally-reconstituted-organoids-human.html

【2】https://www.nature.com/articles/s41586-020-3034-x

【3】https://baike.baidu.com/item/%E8%82%BF%E7%98%A4%E8%AF%B1%E5%AF%BC/15578947?fr=aladdin

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