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近年來(lái)，類(lèi)器官成為醫藥領(lǐng)域最熱門(mén)的詞匯之一，一度被譽(yù)為醫學(xué)領(lǐng)域里程碑式的革命性突破！

在科研領(lǐng)域，類(lèi)器官以近十年50倍增長(cháng)的發(fā)文數量引發(fā)眾多研究者的探討和關(guān)注；在藥物研發(fā)領(lǐng)域，全球藥企紛紛入場(chǎng)布局類(lèi)器官研究，目前已有輝瑞、艾伯維、強生、羅氏、默沙東、諾華、BMS、賽諾菲等全球TOP20藥企都在爭相布局的這一未來(lái)領(lǐng)域。

與此同時(shí)，隨著(zhù)FDA批準了全球首個(gè)完全基于“類(lèi)器官芯片”研究獲得臨床前數據的新藥（NCT04658472）進(jìn)入臨床試驗，也正式意味著(zhù)“類(lèi)器官芯片”實(shí)驗首次取代了傳統動(dòng)物實(shí)驗，并且正式被官方認可！那么就讓我們一起來(lái)深入了解下類(lèi)器官吧！

1.究竟什么是類(lèi)器官？

我們可以將類(lèi)器官通俗的理解為類(lèi)似于器官的細胞組織。而準確地講，類(lèi)器官是由干細胞（多能干細胞，IPSc和成體干細胞，ASCs)分化而成的，在3D細胞外基質(zhì)中生長(cháng)的具有體內器官（部分）功能的復雜微組織。

類(lèi)器官培養是目前炙手可熱的體外三維培養技術(shù)，以干細胞或臨床樣本為來(lái)源，經(jīng)過(guò)體外培養、定向分化，自組裝為器官樣結構的細胞群。相比于傳統的 2D 細胞模型和 PDX 模型，它具有擬合度高、培養周期短、傳代穩定、易自動(dòng)化等優(yōu)勢，近年來(lái)被廣泛應用于轉化醫學(xué)研究和藥物篩選中。

那么類(lèi)器官究竟是什么樣子呢，我們可以一起看看下面這個(gè)視頻：

雖然類(lèi)器官看起來(lái)既不透明又神秘，但我們可以通過(guò)這段視頻動(dòng)畫(huà)中的三維微型模型清晰地看到類(lèi)器官的內部。

視頻從模擬明視野環(huán)境開(kāi)始，慢慢放大到球形的類(lèi)器官，類(lèi)器官嵌入凝膠基質(zhì)中，背景中的纖維就是類(lèi)器官。接著(zhù)，視角平移到不同大小的有機體上，顯示出它們表面凹凸不平的紋理。

從這里我們進(jìn)入一個(gè)類(lèi)器官，顯示出橫截面。畫(huà)面切換到幾種標記物的免疫熒光染色，如藍色的CDX2、紅色的蛻皮素和綠色的CK20。視頻進(jìn)一步放大，我們可以看到粉紅色的Ki67和黃色的MUC5AC。

接下來(lái)，視頻進(jìn)一步進(jìn)入質(zhì)膜橫截面，在這里，我們看到腫瘤抗原，如頂部的PD-L1和PD-l2，下面我們看到細胞內的信號分子，如RAS、FYN、SRC、PTEN等。

類(lèi)器官能夠在培養中長(cháng)期擴增，同時(shí)保持表型和遺傳穩定性。

目前已有描述患者來(lái)源的各種健康和癌癥組織來(lái)源的原代類(lèi)器官，包括結腸、小腸、胃、乳腺、食管、肺、肝、前列腺和胰腺。類(lèi)器官是研究癌癥的寶貴臨床前模型，與現有的人類(lèi)或非人類(lèi)動(dòng)物癌癥模型相比具有許多優(yōu)勢。

類(lèi)器官培養與連續細胞系的典型二維單層培養有顯著(zhù)差異。

研究結果表明，這些新一代體外模型適用于大規模生物生產(chǎn)。這對于確保這些模型在研究界的廣泛可用性至關(guān)重要，以促進(jìn)臨床前藥物發(fā)現和基礎癌癥研究等應用。

類(lèi)器官發(fā)展歷程(Claudia Corrò et al. Am J Physiol Cell Physiol, 2020)

2. 為何類(lèi)器官備受研究者的關(guān)注？

為何近年來(lái)類(lèi)器官成為科研熱點(diǎn)，并一度被贊譽(yù)為具有革命性意義的醫學(xué)里程碑式產(chǎn)物？

類(lèi)器官的最大應用場(chǎng)景是藥物測試和疾病研究。在過(guò)去，新藥的研發(fā)常常面臨倫理和安全的挑戰，而類(lèi)器官的應用能夠模擬人體器官對藥物的反應，為新藥篩選提供更可靠的平臺。

同時(shí)，研究人員可以通過(guò)類(lèi)器官模型更好地理解疾病的發(fā)展機制，加速治療方法的研究和創(chuàng )新。類(lèi)器官組織不僅改變了癌癥的研究規則，而且也成為了解藥物毒性和開(kāi)發(fā)個(gè)性化治療的工具。這些人體器官組織的三維模型允許科學(xué)家對正?；蚧疾〗M織進(jìn)行臨床前體外研究，是人類(lèi)癌癥模型倡議組織（Human Cancer Models Initiative，HCMI）的重點(diǎn)研究方向。

此外，類(lèi)器官在形成類(lèi)器官的細胞之間（類(lèi)器官內異質(zhì)性）、同一環(huán)境中的類(lèi)器官之間以及個(gè)體患者之間（類(lèi)細胞間異質(zhì)性）表現出異質(zhì)性和可變性。這種異質(zhì)性有助于概括個(gè)體之間的差異，特別是在人類(lèi)疾病的背景下的癌癥研究中有價(jià)值，以模擬個(gè)性化醫學(xué)的患者特定癌癥發(fā)展。相似的是，類(lèi)器官內的變化反映了組織細胞組成的復雜性。

類(lèi)器官未來(lái)可能作為潛在的器官替代來(lái)源，解決器官捐贈短缺的問(wèn)題。全球范圍內，等待器官移植的患者人數不斷增長(cháng)，而供應卻遠遠無(wú)法滿(mǎn)足需求。類(lèi)器官的出現有望為器官移植捐贈提供新的思路，為患者提供新的希望，減少等待時(shí)間，挽救更多的生命，是醫學(xué)維度上極具價(jià)值的新突破方向。

類(lèi)器官技術(shù)的組成部分Nature reviews methods primers

3. ATCC的類(lèi)器官資源

ATCC與上文中提到的人類(lèi)癌癥模型倡議組織（HCMI）合作，為科學(xué)家提供了廣泛的下一代3D患者來(lái)源的體外癌癥模型，其中也包含類(lèi)器官。目前，ATCC收藏的類(lèi)器官產(chǎn)品包括大腸、胰腺、食管、胃、小腸、乳房、肝臟、肺、子宮、膽道、卵巢、腦、膽囊以及淋巴結等多種來(lái)源的產(chǎn)品。

相關(guān)產(chǎn)品也可以通過(guò)官網(wǎng)進(jìn)行查詢(xún)，具體鏈接如下：https://www.atcc.org/search#q=organoid&sort=relevancy&numberOfResults=24&f:Contenttype=[Products]

應用實(shí)例

已發(fā)表的文獻中，研究人員用來(lái)自Illumina的一種能查詢(xún)超過(guò)850,000個(gè)CpG位點(diǎn)的微陣列芯片 Epigenetic Infinium Methylation EPIC Bead Chip (EPIC)，對ATCC提供的25種人類(lèi)癌癥類(lèi)器官（見(jiàn)表1）進(jìn)行DNA甲基化狀態(tài)做圖景分析。

這篇文章提供了25種人類(lèi)癌癥類(lèi)器官的表觀(guān)遺傳指紋特征，結果發(fā)現所研究的類(lèi)器官能更好地保留原發(fā)組織的表觀(guān)遺傳背景，更接近相應原發(fā)腫瘤的DNA甲基化分布。

分析結果還表明這些類(lèi)器官沒(méi)有正常細胞的污染，很適合不受干擾的分析。所獲得的DNA甲基化數據免費對所有人開(kāi)放以便于進(jìn)一步的數據挖掘。

這些腫瘤模型對生物醫學(xué)研究界和制藥公司開(kāi)發(fā)抗癌藥物非常有用。

表1 來(lái)自ATCC的25種人類(lèi)癌癥類(lèi)器官信息

與此同時(shí)，為了簡(jiǎn)化類(lèi)器官培養，ATCC還開(kāi)發(fā)了類(lèi)器官生長(cháng)所需的試劑盒產(chǎn)品，該試劑盒由一次性添加劑組成，用于簡(jiǎn)化培養基的制備。

這些試劑盒包含最昂貴和最繁瑣的添加劑和試劑，減少了制備培養基所需的時(shí)間和精力，并確保類(lèi)器官的成功生長(cháng)。

類(lèi)器官試劑盒的使用也相當簡(jiǎn)單，您只需向試劑盒中包含的小瓶中添加適當體積的基礎培養基，并充分混合即可。用移液管將重組試劑盒成分移到基礎培養基中，并添加適當體積的條件培養基。

將這種混合物通過(guò)一個(gè)瓶蓋過(guò)濾裝置，就可以培養你的類(lèi)器官啦！

目前，類(lèi)器官研究正處于蓬勃發(fā)展的階段?？茖W(xué)家們利用生物打印技術(shù)、干細胞研究以及生物材料的創(chuàng )新，不斷改進(jìn)類(lèi)器官的構建和功能。例如，他們成功地培養出具有相似心臟功能的人工心臟，甚至在實(shí)驗室中展示了能夠實(shí)現肝臟解毒功能的類(lèi)器官，種種實(shí)驗都表明類(lèi)器官正帶領(lǐng)著(zhù)醫療水平朝著(zhù)更新更便捷的方式去發(fā)展！

雖然類(lèi)器官仍然存在一些尚待改進(jìn)的優(yōu)化空間以及實(shí)際操作難題，但無(wú)論如何，類(lèi)器官的出現標志著(zhù)醫學(xué)和科技的巨大進(jìn)步。它們將推動(dòng)人類(lèi)的健康進(jìn)化，為疾病治療和器官移植提供新的可能性！

如果對類(lèi)器官有更多的疑問(wèn)或者想法，歡迎在評論區留言與我們互動(dòng)討論！

參考資料：

[1] 生物通---人類(lèi)癌癥類(lèi)器官的甲基化圖譜公開(kāi)

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