Cell：来自干细胞的类器官

组织干细胞需要独特的微环境。通过各种特殊的微环境因子组合，小鼠和人体中来自胃部，小肠，结肠，胰腺导管和肝脏胆管的上皮组织能有效形成各自类器官。这种上皮类器官平台也能用于体外，研究人员可以利用它们从人体多能干细胞产生消化组织。因此这种技术在基础研究和医学转化应用方面都颇具前景。

所谓类器官（Organoid）狭义来说就是原生动物细胞质分化形成某些类似高等动物器官的结构，而这里提及的则是目前越来越受到关注的干细胞类器官。

2013年是类器官的蓬勃发展之年，在这一年，人们成功培养出了多种类器官细胞团，如科学家们对人类iPSC进行重编程，生成了三维肝芽。研究显示，这种肝芽能够正常代谢，当其移植到小鼠体内时，还能与小鼠的循环系统连接起来。之后科学家们又利用多功能干细胞，培养出了类似人类胚胎大脑的三维组织团，其中形成了大脑的一些复杂结构。还有美国和西班牙的研究人员利用人类干细胞，得到了功能性的肾脏前体细胞。

在此基础上，去年来自纪念斯隆凯特林癌症中心的研究人员第一次证实了可以在实验室培育出源自人类前列腺肿瘤的类器官（Organoids），为研究人员提供了一个令人兴奋的新工具来测试癌症药物和个体化的癌症疗法

利用来自于转移性前列腺癌患者的活组织样本，研究人员成功地培育出了6个前列腺癌类器官，而第7个类器官来自于一名患者的循环肿瘤细胞。类器官是一种由聚集在一起的细胞构成的三维结构，其空间组织结构与器官相似。这些前列腺癌类器官的组织结构与它们起源的转移灶样本高度相似。测序转移灶样本和匹配的类器官显示，每个类器官与它们起源的患者癌症基因完全一致。

同年研究人员成功地在小鼠中培育出人类肠道组织，他们将从皮肤和血样中提取的成人细胞，转化成“空白”的iPSCs，然后，将干细胞置于一种特殊的分子鸡尾酒中，这样它们就会形成肠道类器官。然后，研究人员将这种人类类器官移植到小鼠的肾脏囊体中，提供一种必要的血液供应，使类器官细胞发育成为完全成熟的人类肠道组织。

而在今年，科学家们又获得了一项里程碑成果：他们从人类干细胞获得了首个肺类器官，这个3D微型肺可以很好的模拟人类肺部结构和复杂性。

传统上，科学家们是用培养皿培养细胞，然后在二维环境中研究细胞的行为。但机体绝大多数细胞存在于三维环境中，是复杂组织和器官的一部分。人们一直尝试在体外重建这样的环境，已经成功获得了胃、大脑、肝和人类肠道的类器官。这些类器官已经成为了究人类发育和疾病的理想工具。

为了获得肺类器官，研究人员在人类胚胎干细胞和诱导多能干细胞中操纵了好几个控制器官生成的信号传导通路。他们先诱导干细胞生成了内胚层，内胚层存在于早期胚胎，主要形成肺、肝和其他一些内脏。然后，研究人员激活两个重要的发育通路，让内胚层形成三维组织。与此同时他们还抑制了另外两个关键的发育通路，得到了类似胚胎中早期肺的组织，这些组织会自动发展成三维的球形结构。为了进一步使其发育成为肺部组织，研究人员又添加了与肺部发育有关的蛋白。研究显示，最终获得的肺类器官能在体外存活一百多天

此外，Sanger研究院的研究人员也第一次用患者的肿瘤衍生出一批癌症类器官（活体生物银行）。研究人员表示，类器官最终将会被用于临床来预测患者对治疗的反应。但在此之前还需要更多的研究工作来加速以及标准化生成及测试类器官的过程。在短期内，类器官将有可能会推动加速开发新癌症疗法的过程，以及降低成本。

（转化医学网360zhyx.com）