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类器管发展史学习交流会

更新时间:2024-01-12      点击次数:172

类器官(Organoids)指利用成体干细胞或多能干细胞进行体外三维(3D)培养而形成的具有一定空间结构的组织类似物。尽管类器官并不是真正意义上的人体器官,但能在结构和功能上模拟真实器官,能够更大程度地模拟体内组织结构及功能并能够长期稳定传代培养。

类器官的起源可以追溯到1907年,当时44岁的美国贝克罗莱那大学教授威尔逊 (H. V. Wilson)发现通过机械分离的海绵 (sponge) 细胞可以重新聚集并自组织成为新的具有正常功能的海绵有机体,他的研究结果于1910年发表。威尔逊的研究证明了成年的有机体在无需外界帮助、无需从特定的解剖学阶段开始,也具有完整的信息并可以成功发育成新的有机体。

对类器官技术而言,另外一个十分关键的契机是干细胞技术的发展。干细胞想必大家并不陌生,很多人对于干细胞的第一印象都是来源于媒体中对于血液疾病造血干细胞移植疗法的介绍。近年来火热的干细胞研究,主要开始于上世纪末。1987年,A. J. Friedenstein发现间充质干细胞 (Mesenchymal Stem Cell, MSCs)。 1998年,美国生物学家James Thomson分离得到人胚胎干细胞。2007年,山中伸弥教授成功制造出人诱导多能干细胞(induced Pluripotent Stem Cells, iPSC)。如今,绝大多数类型的非肿瘤来源的人源类器官均可由MSCs或iPSC发育而来,干细胞研究的飞速进展为类器官研究带来新的活力。

当代类器官的发展成果,主要集中在近十余年。

2007年,Hans Clevers 的实验室通过 lineage tracing 验发现小肠和结肠的干细胞为 Lgr5+细胞。

2009年,Hans Clevers实验室使用单个鼠LGR5+肠干细胞在体外自组织成为具有肠隐窝-绒毛结构的肠类器官。

2011年,由人多能干细胞和原代成体干细胞发育而来的肠类器官被成功制作。同年,由鼠胚胎干细胞培育而来的视网膜类器官被成功培育。

2012年,由人多能干细胞发育而来的视网膜类器官成功培育。

2013年,由人多能干细胞发育而来的脑类器官被成功培育。肝、肾、胰类器官被成功培育。

2014年,前列腺、肺类器官被成功培育。

2015年,乳腺、输卵管、海马体类器官被成功培育。

2020年,蛇毒液腺类器官被成功培育。

类器官的研究热点是病人来源的类器官 (Patient-Derived Organoids, PDOs),因为通常用于肿瘤患者的疾病建模、研究与药物筛选,常常被称为肿瘤类器官。肿瘤类器官的发展开始于2013年,自此之后呈逐年上升趋势。肿瘤类器官是指将患者活检、穿刺或手术切除组织在基质胶中培养数周得到的类器官。肿瘤类器官在高度保持源肿瘤的异质性和患者之间的异质性的同时,类器官个体间形态、尺度保持基本均一,为肿瘤发病机理研究、药物筛选、个性化精准医疗、再生医学等领域提供了快速、优良的技术平台。

目前3D类器官培养技术已经成功培养出大量具有部分关键生理结构和功能的类组织器官,比如:肾、肝、肺、肠、脑、前列腺、胰腺和视网膜等。

目前类器官分为两类:组织来源类器官和多能干细胞来源类器官。

相比传统的二维培养模型,类器官代表着一种能够概括整个生物体生理过程的创新技术,具有更接近生理细胞组成和行为、更稳定的基因组、更适合于生物转染和高通量筛选等优势。而与动物模型相比,类器官模型的操作更简单,还能用于研究疾病发生和发展等机理,因而在器官发育、精准医疗、再生医学、药物筛选、基因编辑、疾病建模等领域都有广泛的应用前景。2013年,类器官被《科学》杂志评为年度技术。2018年初,类器官被评《自然·方法》评为2017年度方法。

在Pubmed上搜索 “类器官" 这一词条,类器官相关文章从2010年的42篇,在短短十年间,跃升到2020年的2097篇。类器官以极迅猛的态势成为研究热点。



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