类器官——从 2D 到 3D 的进阶

类 器官技术“爆红”的背后，是“赶时髦”科研还是有“真材实料”呢？

类器官不是器官

一直以来，“类器官”一词被宽泛地用于所有来源于原代组织 (组织亚基或单细胞)、胚胎干细胞 (ESCs) 和诱导多能干细胞 (iPSCs)、已建立的细胞系以及完整或分段器官 (如由多种组织类型组成的器官外植体) 的三维 (3D) 器官型培养。

我们可以这样理解，类器官是完全由原代组织、ESCs 或 iPSCs 衍生而来的体外 3D 细胞簇，它们具有自我更新和自组织能力，并表现出与起源组织相似的器官功能。

“爆红”绝非偶然

其实，3D 类器官培养是在上个世纪建立和发展起来的。早在 1907 年，Wilson 等人首次表明，分离的海绵细胞能够自组织再生成整个生物体。2009 年，Hans Clevers 和同事在肠道类器官培养系统中取得突破性进展，开启了类器官技术的发展“新纪元”。

目前，已有方法可以构建肝脏、结肠、肠道、肾脏、肺、前列腺、胰腺、胃、大脑皮层和视网膜等多种组织的类器官。体外类器官 模型 是一项重大的技术突破，它为研究组织发育、疾病建模、药物筛选、个性化医学和细胞治疗提供了一个强大的工具 。

图 1. 类器官技术的多样化应用[2]

■ 与传统细胞培养及动物模型对比，其秀在何处？ 

1) 与传统的体外培养不同，类器官在组成和结构上与原代组织 (Primary tissue) 相似：包含了少量基因组稳定、自我更新的干细胞，这些子代的细胞谱系与活组织的主要细胞谱系相似；

2) 类器官可以快速扩增、冷冻保存，且能应用于高通量分析；

3) 原发组织来源的类器官缺乏间充质/间质，为研究感兴趣的组织类型提供了一种简化的途径，而不受局部微环境的干扰；

4) 类器官是传统 2D 培养和体内小鼠模型之间的重要桥梁，因为它们比单层培养模型更具有生理相关性，而且比体内模型更易于操纵生态位成分、信号通路和基因组编辑。

图 2. 建立小鼠可再生的肾类器官应用于肾毒性剂量定量筛选[12]

文中所用 Noggin, R-spondin 1, SB431542, CHIR99021,