拯救小白鼠-類器官技術

翻譯：吳智明醫生

審核：廣州中醫藥大學第一附屬醫院 王海彬教授

文章所屬：王海彬教授團隊，轉發請標明出處。

背景

由於多能幹細胞具有分化潛能，因此幾乎可以產生任何類型的細胞，因此可用於模擬發育和疾病，甚至有望提供細胞替代療法。幹細胞通過三維培養系統培育，產生類似於整個器官的結構，這被稱為類器官。

類器官來自多能幹細胞或分離的器官祖細胞，它們分化形成器官樣組織，並表現出多種細胞類型，這些細胞類型自我組織以形成與體內器官類似的結構。該技術建立在幹細胞技術以及經典的發育生物學和細胞混合實驗的基礎上。這些研究說明了器官發生期間結構組織中的兩個關鍵事件：細胞分選和有限空間內的細胞系定型。這兩個過程都在類器官中得到體現，它們可以自組裝形成器官本身的細胞組織。

類器官的產生和治療潛力。類器官可以從人類多能幹細胞（PSC）衍生出許多器官。像體內器官發生一樣，類器官生物通過細胞分選和前體細胞的有限空間內的細胞系定型自行組織。通過引入疾病突變或使用患者來源的PSC，類器官可以用於模擬疾病。未來的應用可能包括藥物測試，甚至組織替代療法。

進展

已經從小鼠和人類幹細胞產生了許多器官的類器官。迄今為止，人類多能幹細胞已經被誘使產生腸，腎，腦和視網膜的類器官，以及被稱為肝芽的類肝臟類器官。這些系統的培養方法彼此各異，重點是大致再現內源性發育過程。迄今為止最先進的方法是組合使用生長因子或營養物來驅動器官前體組織分化。然後，應用許可的三維培養環境，通常還會使用細胞外基質凝膠（如Matrigel）。這些複雜的結構為幹細胞分化提供了一個獨特的機會，可以在與體內發育極為相似的系統中模擬人體器官的發育。儘管在許多情況下是否完全相似尚待確定，但類器官已被應用於人類特定的生物學問題。確實，腦和視網膜類器官都已顯示出可大致再現人體器官發育的特性，這是動物模型無法比擬的。自然還存在局限性，例如缺乏血液供應，但是未來的努力將推動該技術的發展，並有希望能夠完全克服這些技術障礙。

展望

類器官的治療前景可能是潛力最大的領域。這些獨特的組織具有模擬發育性疾病，退化性疾病和癌症的潛力。遺傳障礙可以通過利用患者來源的誘導多能幹細胞或引入疾病突變來建模。實際上，已經採用了這種類型的方法來從患者的腸，腎和腦幹細胞中產生類器官。

此外，可以將模擬疾病的類器官用作藥物測試的替代系統，該系統不僅可以更好地再現人類患者的病情，而且可以減少對動物實驗。特別是由於人體肝臟獨特的代謝特性，肝臟類器官代表了對類器官的高度期望，尤其是對於藥物測試。最後，可以從患者細胞產生體外衍生的組織，以提供替代的器官替代策略。與目前的器官移植治療不同，這種自體組織不會遭受免疫能力和排斥反應的困擾。

部分組織製造部分身體

提及類器官-一種在培養皿中生長的器官狀結構-可能會讓人聯想到科幻小說的圖像。但是，類器官的產生是非常真實的，對器官形態和功能的了解也源於對它們的研究。Lancaster和Knoblich認為類器官的結構包括一種以上的器官細胞類型，具有天然的結構和功能特徵。正常器官發育途徑的知識指導這些結構的形成。類器官顯示出對人類發育和疾病建模以及生物醫學研究和再生醫學的巨大希望。

半個世紀前進行的經典實驗證明了脊椎動物細胞的巨大自組織能力。即使完全解離，細胞也可以重新聚集並重建器官的原始結構。最近，這個傑出的功能被用來從組織或胚胎幹細胞重建部分器官甚至完整的器官。這種源自幹細胞的三維培養物稱為類器官。因為類器官可以從人類幹細胞和患者來源誘導的多能幹細胞中生長出來，所以它們具有模擬人類發育和疾病的潛力。此外，它們具有進行藥物測試甚至未來器官替代治療的潛力。在這裡，我們總結了這個迅速發展的領域，並概述了類器官技術在未來生物醫學研究中的潛力。

幹細胞

幹細胞技術有望用於模擬發育，分析疾病機制和開發潛在療法。直到最近，大多數幹細胞方法都只關注特定的單一種群——幹細胞衍生細胞類型，而不是器官的完整細胞類型集。但是，隨著正在發展的組織的三維（3D）培養物（類器官）的發展，這種情況開始改變。

隨著類器官技術即將成為一個獨立的研究領域，對該術語的精確定義變得越來越重要。「類器官」術語，簡單地定義為類似器官，已經相當寬鬆地用於多種結構，無論是在體外和體內。然而，基本定義暗示了器官的一些重要特徵（專欄1）。首先，它必須包含一種以上的器官模型細胞類型；第二，它應表現出該器官的某些特定功能；第三，細胞的組織應類似於器官本身。這也意味著與器官在發育過程中建立其特徵性組織的方式相似。因此，我們將類器官定義為：幾種細胞類型例如幹細胞或器官祖細胞，通過發育和類似於體內過程的細胞分選和有限空間內的細胞系定型形成的細胞集合。

註解：類器官

1、類器官： n.類似於器官。

這意味著：

1.多種器官特異性細胞類型

2.能夠大致在線器官的某些特定功能（例如，排洩，過濾，神經活動，收縮）

3.集合在一起，在空間上類似於器官

類器官的形成再現了發育過程中自我組裝的兩個主要過程：細胞分選和有限空間內的細胞系定型。

2、定義：

從幹細胞或器官祖細胞發育而來的器官特異性細胞類型的集合，並通過細胞分選和有限空間內的細胞系定型以類似於體內的方式自我組裝。

References:

[1]. Lancaster, M.A. and J.A. Knoblich, Organogenesis in a dish: modeling development and disease using organoid technologies. Science, 2014. 345(6194): p. 1247125.