再生醫學的未來，到類器官的世界中去

來源：作者：人氣：-發表時間：2023-12-28 09:03:00【大中小】

類器官介紹

類器官是在3D培養條件下，通過細胞分離和重聚來模擬器官的發生，它們可以展示體內器官在培養過程中的結構和功能特征（圖1）。根據細胞來源的不同，類器官分為成體干細胞 (Adult stem cell，ASC)、多能干細胞(Pluripotent stem cell ，PSC) 或腫瘤類器官 (Patient-derived organoid，PDO)，而 PSC 又分為胚胎干細胞 (Embryonic stem cell，ESC) 和誘導多能干細胞 (induced Pluripotent stem cell, iPSC) 。

圖注：(a)小腸類器官形貌圖.(b)結腸類器官形貌圖.(c)食管類器官形貌圖.(d)胃類器官形貌圖.(e)肝臟類器官形貌圖.(f) 胰腺類器官形貌圖.(g)肺類器官形貌圖.(h)乳腺類器官形貌圖.(i)腎類器官形貌圖.(j) 腦類器官形貌圖

圖1，不同組織類器官形貌圖（圖片來源于網絡）

不同來源的類器官具有不同的特性及用途（圖2）。例如神經外胚層如視杯、大腦類器官僅來源于 PSC，因而研究精神遺傳疾病、發育生物學主要利用PSC類器官: 而ASC來源于組織中具有再生能力的前體細胞，主要應用于研究成體組織生物學、組織再生和精準醫療。

圖2，人PSC來源類器官和ASC來源類器官的形成過程（圖片來源：俞東紅, 曹華, 王心睿, 等. 類器官的研究進展及應用. 生物工程學報, 2021, 37(11): 3961-3974

類器官技術的應用

類器官技術被廣泛應用于功能組織誘導、疾病模型建立、藥物篩選、毒性測試、臨床端研究等多個方面的研究，在基礎研究和轉化應用中具有很大的應用前景。

疾病建模

最顯著的優勢是人源性、近生理性，可以用來建立各種遺傳性、傳染性或獲得性的疾病模型，如癌癥、神經退行性疾病、先天性畸形等，探索起發病原因和治療方法。

另外值得一提的是，在許多難以利用傳統生物進行建?；螂y以開展大規模臨床試驗的罕見病領域，利用類器官進行疾病建模表現出獨特優勢，能夠為深度測序和功能測試、突變位點或表型分析提供足夠資源，是目前的熱點應用方向。

高通量藥物篩選

藥物高通量篩選可以在短時間內測試大量受試藥物，尋找可能的藥物先導化合物或者靶點，具有測試樣品體系小、成本低、速度快、檢測結果靈敏，可以發現未知創先藥物等特點。但由于常用的細胞系與原生環境相差較大，且由于腫瘤具有較強的異質性，使其在實際研究中出現很多在腫瘤細胞系上顯示有效的藥物，在人體中往往無效的現象。

近年來腫瘤類器官模型在大型化合物庫中的高通量藥物篩選、檢測單藥或多藥濃度等方面，展現出能夠幫助研究者快速篩選出藥物敏感性強、反應性好、效果優的癌癥適應癥藥物的能力。據報道，用類器官預測靶向藥物及化療療效，其敏感性達100%，特異性93%，陽性預測值88%，陰性預測值100%。

癌癥精準治療

精準醫療在腫瘤學領域的應用越來越多，用于幫助特定患者選擇最佳療法。雖然人源腫瘤異種移植模型（PDX）具有一定的精準醫療前景，但它們尚待時間來開發，成本可能很高，且不容易規?；瘧?。

由于類器官腫瘤也是人源模型，因此它們與PDX非常相似，保留了原始腫瘤特征和患者的相關性，并能預測患者對治療的反應。相較于PDX，腫瘤類器官在落實精準醫療方法方面還有其他一些優勢，即開發速度更快，更容易量產。

利用腫瘤類器官可以對多種潛在治療方式進行測試，而這些治療方式中有很多可能并非相關適應癥的標準治療方案?？梢詫y試結果與其他檢測（如基因組篩查）結合，從而確定耐藥機制或替代治療方案。

毒性測試

類器官可以用來模擬人體對材料、藥物、化學品、毒素以及化妝品的吸收、代謝和排泄過程，評估藥物的效果和安全性；也可以用來測試他們對特定組織和器官的毒性和副作用，避免動物實驗和臨床試驗中的風險，從而減少對動物試驗和患者的依賴。

再生醫學

再生醫學的主要目標是在體外用健康組織替代某一功能或結構受損的器官，實現無免疫抑制、無并發癥和毒性減少，避免因終生抗排斥治療產生巨額的費用。雖然現代醫學已經能夠實現異體移植，尤其在治療終末期器官衰竭如心臟、肝臟或腎臟中，器官移植仍是臨床主要采用的方法，但是存在供體數量嚴重短缺以及組織排斥等問題。因此，尋找新的組織來源十分迫切。類器官能夠同基因組織擴增從而用于自體移植，為器官替代策略提供可再生資源。

類器官技術的機遇

展望未來，類器官研究前景巨大。類器官高度仿真的疾病模型有望繼續在精準醫療、再生醫學等領域取得新的進展。同時，“類器官+”有望給類器官研究帶來新的增長點。與活體實時成像技術結合的類器官技術有望讓人們第一次實時觀察到人早期發育過程；與生物3D打印相結合，有望實現基于類器官的功能性治療；與“人類細胞圖譜 (Human Cell Atlas, HCA)”技術結合，類器官細胞圖譜將推進病加速包括罕見遺傳病、復雜多因素疾病、精準腫瘤治療等以疾病為中心的研究。

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