实验科普｜什么是类器官技术？

类器官，指代在无附着基质的情况下体外培养细胞时形成的具有三维结构的聚集体。类器官能够模拟真实器官的复杂结构和功能，为研究器官发育、疾病机制提供了重要工具。在个性化医疗、药物筛选和毒性测试中也显示出巨大应用前景，有助于减少对动物实验的依赖，提高新药开发效率和安全性评估的准确性。

（图片来源：参考文献【1】）

起源与探索

类器官的概念最早可以追溯到1907年。美国贝克罗莱纳大学的H.V. Wilson教授发现，将海绵分离成单个细胞后，这些细胞能够自发地重新聚集并形成具有功能的海绵个体。这一发现首次揭示了细胞在体外自组织形成复杂结构的潜在能力。

20世纪中叶，随着细胞培养技术的不断发展，科学家们开始尝试在体外培养各种组织和器官。然而，由于缺乏合适的培养条件和细胞来源，这一领域的研究进展缓慢。

干细胞技术的突破与类器官的崛起

20世纪末，干细胞研究的突破为类器官的发展提供了强大的动力。1998年，人类胚胎干细胞（hESCs）的成功分离培养，以及随后诱导多能干细胞（iPSCs）技术的出现，使得科学家们能够从患者自身细胞中获得多能干细胞，并将其诱导分化为各种类型的细胞，为个性化类器官的培养奠定了基础。

2009年，Hans Clevers团队首次成功地将单个肠道干细胞培养成包含所有肠细胞类型的肠类器官，标志着类器官研究进入了一个全新的阶段。随后，科学家们相继培育出了多种类型的类器官，包括脑类器官、肝类器官、肺类器官等。

（类器官之父Hans Clevers教授，图片来源：https://www.epo.org/en/news-events/european-inventor-award/meet-the-finalists/hans-clevers）

类器官技术的应用与发展

进入2010年代，类器官技术迎来了飞速发展的时期。科学家们相继培育出了各种不同类型的类器官，如脑、肠、眼、肺、心等，它们不仅在外形上与真实器官相似，而且在功能上也能模拟真实器官的部分特性。这些微小的“器官”为研究疾病机理、测试药物效果以及探索再生医学开辟了全新的途径。

• 2012年：科学家们在类器官技术领域取得了重大突破，成功培育出由人多能干细胞（human pluripotent stem cells, hPSCs）发育而来的视网膜类器官。这一成就不仅为眼科疾病的治疗带来了新的希望，为研究视网膜发育和功能提供了重要的工具。
• 2013年：人类脑类器官的成功培育更是引起了广泛关注。同年，研究人员还利用患有小头症的个体的iPSCs细胞分化出了类似的大脑组织，这为理解遗传性疾病提供了宝贵的机会。
• 2014年，科学家们成功培育出前列腺和肺类器官。这一成就标志着类器官技术在模拟人体复杂器官方面取得了重要进展。
• 2015年，科学家们在类器官技术方面再次取得重大突破，成功培育出乳腺、输卵管以及大脑中负责记忆的海马体的类器官。
• 2020年，荷兰Hubrecht Institute研究团队利用蛇的干细胞成功培养出了能够分泌毒液的蛇毒腺微型组织。这项研究不仅为毒液研究和抗蛇毒血清的生产提供了一种更加安全和简便的方法，还为研究毒腺的发育和功能提供了新的平台。

（图片来源：https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7468890/）

小结

类器官技术作为生命科学领域的一颗冉冉升起的新星，正以其独特的优势在医学领域展现出广阔的应用前景。

当然，类器官技术的发展还面临着许多挑战和困难。例如，如何更好地控制类器官的发育和分化过程？如何确保类器官的功能和安全性？这些问题都有待我们深入研究和探索。

但无论如何，类器官技术的出现已经为我们打开了一扇通往医学新纪元的大门。它让我们看到了利用细胞培育人体器官的可能性。

参考文献：

【1】Wang T, Fan S P, Chen Y G. Organoids: a new research model for SARS-CoV-2 infection and treatment (in Chinese). Sci Sin Vitae,2023,53:238–249,doi:10.1360/SSV-2021-0294

【2】https://blog.crownbio.com/organoid-culture-comparison

【3】https://www.cell.com/pictureshow/organoids