類器官技術簡介

類器官技術是一種利用細胞培養技術構建人工器官的方法。它通過將不同類型的細胞種植在三維支架上，使其形成類似于真實器官的結構和功能。

類器官通常來源于干細胞（多能干細胞、胎兒或成人來源的），也可以由組織衍生細胞培養而成，這些細胞包括正常干細胞/祖細胞、分化細胞和癌細胞等。其組成類器官的細胞可衍生自誘導多能干細胞（iPSC）或組織衍生細胞（TDCs）。

建立類器官培養物需要考慮多個因素：

• 細胞來源：類器官培養的起始細胞群一般從成人或胎兒組織活檢樣本中獲得，腫瘤組織也可類似處理以分離腫瘤細胞來培養類器官。此外，從外周血、腹水和胸腔積液等液體樣本中分離的腫瘤細胞也可作為起始材料。對于腫瘤衍生類器官，需要解決癌細胞和正常細胞共存的問題，可利用培養條件，通過使用選擇性培養基來實現。

• 基質：細胞分離后，通常將細胞接種到生物衍生基質中，如Matrigel 或天然細胞外基質（如膠原蛋白），或接種到合成水凝膠中。

• 可溶性因子：用于將 TDCs 和 iPSCs 分化為各種組織類型，主要是蛋白質，如生長因子或小分子藥物，來激活或抑制信號通路。添加可溶性信號的方式及時機至關重要，可借助組織工程方法實現可溶性因子的時空呈現，如利用微流控系統來精確控制類器官內的環境參數。

• 信號的整合：通過特定的物理或化學信號，以簡單、可重復和穩健的方法，按照時空、生理相關的方式呈現，從而賦予對類器官形態發生更大的控制。

類器官生長過程涉及細胞初始聚集、增殖、遷移和分化。評估類器官是否成功建立時，需確定其是否包含所需細胞類型，以及是否能準確模擬體內相應組織功能、是否存在相似的結構。例如，胰島類器官內應存在胰島樣球狀結構及細胞內激素泡；乳腺類器官應有不同的分支結構；腸道類器官應觀察到隱窩樣結構。

類器官功能的評估包括但不限于成熟細胞的生成、血管系統或神經網絡的形成、對外部刺激的準確反應以及細胞因子或激素的有效分泌等。例如，胰島類器官的驗證可檢測小鼠四種內分泌分化細胞類型的形成及相應激素表達，還可進行胰島素分泌實驗及體內功能評估；腫瘤類器官的驗證則需保持起源組織的基因組、轉錄組、形態學和功能特征，其細胞組織、組織結構和蛋白質表達模式應與起源癌癥相似，基因表達譜也應與腫瘤相近。

類器官技術在多個領域有廣泛應用：

• 發育生物學：幫助研究器官發育的過程和機制。

• 疾病病理學：構建疾病模型，深入了解疾病的發生發展機制。

• 精準醫療：基于患者腫瘤的藥物反應測試，輔助確定治療方案。

• 藥物發現和篩選：評估潛在藥物的療效和毒性，提高藥物研發效率，減少藥物試驗期間對動物的使用。

• 細胞治療：為細胞治療提供細胞來源。

然而，類器官技術目前仍存在一些局限性，例如模擬器官需要精確構造多種類型的細胞，構建過程需考慮器官內部細胞、基質和微環境等因素，且該技術還處于早期探索階段，許多具體細節問題仍需進一步研究。

隨著技術的不斷進步，類器官技術有望為再生醫學、藥物研發、精準醫療等領域帶來更多的治療選擇和機會。例如，研究人員正在探索類器官智能技術（OI），以實驗室培養出的類腦器官為基礎，開發“生物計算機”等。但這類研究也面臨諸多挑戰，如技術尚處于起步階段、類腦器官的細胞數量規模較小、涉及倫理問題等，預計還需要數十年才可進入動物試驗階段。