类器官技术简介

类器官技术是一种利用细胞培养技术构建人工器官的方法。它通过将不同类型的细胞种植在三维支架上，使其形成类似于真实器官的结构和功能。

类器官通常来源于干细胞（多能干细胞、胎儿或成人来源的），也可以由组织衍生细胞培养而成，这些细胞包括正常干细胞/祖细胞、分化细胞和癌细胞等。其组成类器官的细胞可衍生自诱导多能干细胞（iPSC）或组织衍生细胞（TDCs）。

建立类器官培养物需要考虑多个因素：

• 细胞来源：类器官培养的起始细胞群一般从成人或胎儿组织活检样本中获得，肿瘤组织也可类似处理以分离肿瘤细胞来培养类器官。此外，从外周血、腹水和胸腔积液等液体样本中分离的肿瘤细胞也可作为起始材料。对于肿瘤衍生类器官，需要解决癌细胞和正常细胞共存的问题，可利用培养条件，通过使用选择性培养基来实现。

• 基质：细胞分离后，通常将细胞接种到生物衍生基质中，如Matrigel 或天然细胞外基质（如胶原蛋白），或接种到合成水凝胶中。

• 可溶性因子：用于将 TDCs 和 iPSCs 分化为各种组织类型，主要是蛋白质，如生长因子或小分子药物，来激活或抑制信号通路。添加可溶性信号的方式及时机至关重要，可借助组织工程方法实现可溶性因子的时空呈现，如利用微流控系统来精确控制类器官内的环境参数。

• 信号的整合：通过特定的物理或化学信号，以简单、可重复和稳健的方法，按照时空、生理相关的方式呈现，从而赋予对类器官形态发生更大的控制。

类器官生长过程涉及细胞初始聚集、增殖、迁移和分化。评估类器官是否成功建立时，需确定其是否包含所需细胞类型，以及是否能准确模拟体内相应组织功能、是否存在相似的结构。例如，胰岛类器官内应存在胰岛样球状结构及细胞内激素泡；乳腺类器官应有不同的分支结构；肠道类器官应观察到隐窝样结构。

类器官功能的评估包括但不限于成熟细胞的生成、血管系统或神经网络的形成、对外部刺激的准确反应以及细胞因子或激素的有效分泌等。例如，胰岛类器官的验证可检测小鼠四种内分泌分化细胞类型的形成及相应激素表达，还可进行胰岛素分泌实验及体内功能评估；肿瘤类器官的验证则需保持起源组织的基因组、转录组、形态学和功能特征，其细胞组织、组织结构和蛋白质表达模式应与起源癌症相似，基因表达谱也应与肿瘤相近。

类器官技术在多个领域有广泛应用：

• 发育生物学：帮助研究器官发育的过程和机制。

• 疾病病理学：构建疾病模型，深入了解疾病的发生发展机制。

• 精准医疗：基于患者肿瘤的药物反应测试，辅助确定治疗方案。

• 药物发现和筛选：评估潜在药物的疗效和毒性，提高药物研发效率，减少药物试验期间对动物的使用。

• 细胞治疗：为细胞治疗提供细胞来源。

然而，类器官技术目前仍存在一些局限性，例如模拟器官需要精确构造多种类型的细胞，构建过程需考虑器官内部细胞、基质和微环境等因素，且该技术还处于早期探索阶段，许多具体细节问题仍需进一步研究。

随着技术的不断进步，类器官技术有望为再生医学、药物研发、精准医疗等领域带来更多的治疗选择和机会。例如，研究人员正在探索类器官智能技术（OI），以实验室培养出的类脑器官为基础，开发“生物计算机”等。但这类研究也面临诸多挑战，如技术尚处于起步阶段、类脑器官的细胞数量规模较小、涉及伦理问题等，预计还需要数十年才可进入动物试验阶段。