摘要：类器官是一种在体外利用胚胎干细胞或者成体干细胞培养出的3D细胞培养物，它与人体器官具有相似的组织学特征，并且能部分重现器官的生理功能。类器官的概念起源于干细胞的研究，早期的干细胞培养主要是形成二维的细胞层，但随着技术的不断发展，研究人员开始尝试在三维环境中培养干细胞，以更好地模拟体内器官的结构和功能。经过多年的努力，如今已经成功培养出多种类器官，包括肠道类器官、脑类器官、肝脏类器官等。

关键词：类器官、三维模型、基因编辑、药物筛选

• 与平面2D细胞培养不同，类器官在三维空间中形成类似于人体内器官的组织结构，包含多种细胞类型，如上皮细胞、间质细胞等，能够更好地反映体内器官的组织架构。而且在一定程度上具备体内器官的生理功能，例如肾脏类器官可以进行过滤和排泄功能的模拟，肠道类器官可进行物质吸收和分泌等功能的模拟。

• 通过明确的培养方法和条件，可以较为稳定地获得具有相似特性的类器官，减少实验结果的差异，提高研究的可靠性,便于进行高通量实验和药物筛选等工作。

• 基因编辑：可以对类器官中的细胞进行精准的基因编辑，研究特定基因的功能和疾病机制。药物测试：直接在类器官上进行药物处理，快速评估药物的疗效和毒性，为药物研发提供高效的平台。成像分析：易于进行各种成像技术的观察，如荧光显微镜、共聚焦显微镜等，实时监测细胞的动态变化和器官的发育过程。

▲ 图1 不同器官的简要形成历程

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• 非引导型类器官培养，在人干细胞聚集形成拟胚体（EB）之后，将其嵌入到细胞外基质中，例如Matrigel，之后将基质胶包埋的EB球放到特制的低吸附培养皿中培养。在培养过程中，EB球会发生组织扩张和神经元分化，这种非引导型的类器官培养方法对类器官生长的刺激是极小的。类器官其本身具有最大的组织自由，可以分化形成各种不同的组织，且可以最大限度地模拟人体器官的生长过程。

• 第二种被称为引导型类器官培养法，使用这种方法培养类器官时，需要在诱导干细胞分化阶段加入一些特定的小分子物质或是细胞生长因子，从而引导人干细胞向某种特定的方向分化，形成代表某些特定区域的组织。例如，使用引导型的方法培养脑类器官，可以定向得到脑皮层、海马体和中脑、小脑等部分。使用引导型方法培养出来的类器官在不同批次和细胞系之间表现出较小的变化，因此得到的样品彼此之间的差异很小。但同时，由于细胞受到了外部环境因素的干扰，可能会导致类器官发生细胞结构的偏差。在引导型类器官培养基础之上，研究者开发出了融合型类器官培养你技术。具体来讲，融合型类器官培养是指在诱导人干细胞分化阶段，使用不同的小分子物质，分别诱导干细胞向不同方向分化，形成彼此不同的组织结构。之后使用特殊的类器官融合技术，将两种或多种不同的类器官融合在一起，从而构建出一种融合模型。这种模型的不同区域仍保留不同的细胞成分，但融合在一起又彼此联系，广泛应用于不同组织细胞的相互作用和细胞迁移。

• 器官发育研究类器官可以模拟器官在体内的发育过程，帮助研究人员了解器官形成的分子机制和细胞间相互作用。通过对不同发育阶段类器官的观察和分析，可以揭示器官发育过程中的关键事件和调控网络。

• 疾病模型建立可以利用患者来源的干细胞培养类器官，建立疾病模型。例如，利用来自帕金森病患者的诱导多能干细胞培养脑类器官，可以研究帕金森病的发病机制。肿瘤类器官可以模拟肿瘤的异质性和微环境，为肿瘤研究和药物开发提供更接近真实情况的模型。

• 药物筛选和毒性测试类器官可以用于药物筛选，快速评估药物的有效性和安全性，与传统的细胞培养模型和动物模型相比，类器官更能反映人体器官对药物的反应，提高药物筛选的准确性和效率。

 ▲ 图3 类器官的应用

类器官作为一种三维细胞培养模型，其克服了平面细胞培养的缺陷，可以模拟人体器官的部分功能。同时，类器官来源于人的干细胞，与动物模型相比能够更好的模拟人体组织，且培养周期更短，成本更低。但同时，类器官的培养也有其局限性，目前很多类器官缺乏血管，营养物质无法到达类器官核心，从而导致类器官营养供应不足和功能受限。未来，研究人员将致力于开发更有效的方法来构建具有功能性血管的类器官，提高类器官的长期存活和功能稳定性。

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