類器官——強大的三維模型，研究疾病的利器

類器官（Organoid）是一種利用成體干細胞、多能干細胞或組織祖細胞在體外培養形成的三維細胞培養物，可模擬真實器官的結構與功能特征。其通過細胞外基質和特定生長因子誘導細胞自組織分化，形成包含器官特異性細胞類型的空間結構，主要應用于發育生物學、疾病建模、藥物篩選及再生醫學研究。

類器官發展

其實，3D 類器官培養是在上個世紀建立和發展起來的。早在 1907 年，第一次表明，分離的海綿細胞能夠自組織再生成整個生物體。2009 年，在腸道類器官培養系統中取得突破性進展，開啟了類器官技術的發展“新紀元"。

目前，類器官技術在研究界的廣泛應用雖然還處于起步階段，但是作為一種工具，且隨著類器官培養系統以及其實驗開發技術的不斷發展，類器官技術在各大研究領域都展現了極大的應用潛力，包括發育生物學、疾病病理學、細胞生物學、再生機制、精準醫療以及藥物毒性和藥效試驗^[1]。

圖1 類器官培養物開發的時間表，

總結各種類器官技術建立的關鍵里程碑研究和突破^[2]。

【類器官比傳統的二維培養物具有優勢】

它們可以表現出接近生理的細胞組成和行為。許多類器官可以在培養中進行廣泛的擴增并保持基因組穩定性，這使得它們適用于生物樣本庫和高通量篩選。與動物模型相比，類器官可以降低實驗復雜性，適用于實時成像技術，更重要的是，能夠研究人類發育和疾病方面，這些方面不容易或準確地在動物身上建模。

圖2 類器官培養與2D 細胞培養及動物實驗研究的比較^[3]。

類器官培養

目前3D類器官培養技術已經成功培養出大量具有部分關鍵生理結構和功能的類組織器官，比如：腎、肝、肺、腸、腦、前列腺和胰腺等^[4]。

圖3 從器官衍生類器官，可從器官產生的干細胞 （SC） 衍生的類器官的示意圖。成體干細胞 （AdSC） 是位于成人器官（例如肺、腦、肝、腸和腎）中的未分化細胞。在適當的培養條件下處理后，AdSC能夠在體外形成類器官^[5]。

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圖4 患者來源的類器官在癌癥研究中的應用。患者來源的（癌癥）類器官已被用于生成“活的"類器官生物庫，這些生物樣本庫可以暴露于不同的藥物中進行療效篩選和藥物發現驗證。類器官已進一步用于通過分析突變特征、基因表達模式或蛋白質組學來研究腫瘤間和腫瘤內的異質性。通過將癌癥類器官移到小鼠體內，可以測試腫瘤細胞的侵襲性和轉移的可能性^[6]。

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