类器官,你想知道的都在这里
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类器官,你想知道的都在这里
What——什么是类器官?
类器官,中文名顾名思义就是与器官类似的这么一个东西。英文名organoid, 带-oid词根的单词一般表示具有什么的形状或特征,那么也就是具有器官特征的这么一个东西。
解读完字面上的意思,那我们来给类器官下一个严谨一些的学术定义:类器官是干细胞经过体外三维培养分化(一般需要在胶体中)得到具有一定生物学功能的三维细胞组织,具备与来源生物体类似的结构和生物学特征,能在一定程度上模拟生物体组织。
类器官还不是真正意义上的器官,它还只能具备部分的生物组织的结构和功能。就好比你买了个车模,虽然外形和真车差不多,高级点的车模可能还能有亮灯、喇叭、开门等功能,但是还不是真车。
Why——为什么要用类器官
因为类器官就是一个人体器官模型,所以可以用来测试药物、验证疾病发展机理等。这有以下这些好处:
1. 三维的类器官结构相比二维培养得到的细胞组织更贴近生物组织的真实生理过程(细胞分化,运动,相互作用),可以替代细胞二维培养。
2. 有望解放千千万的实验动物,避免伦理问题;
3. 类器官尺寸较小,并且是存放在培养板中,所以便于实时观察,可以为疾病模型,药物筛选等提供更精确数据;
4. 类器官实验相比动物实验更简单,单次实验就可以验证很多类器官实验对象,可以进行高通量实验。
5. 类器官细胞可以直接来自人体,相比实验动物,类器官在生物学上的某些特征会更加接近真实人体组织。
6. 类器官可以肿瘤类器官,研究肿瘤微环境,解释肿瘤成型原因,肿瘤药物筛选等
7. 类器官也有希望直接应用与临床,例如通过移植类器官进行基因治疗和细胞疗法 8. 大多数类器官可以大范围扩增和培养,进行高通量实验,可以缩短实验周期。
挑战:
说完好处,也得说一说当前类器官行业所面临的挑战,这也是笔者今天参加OTC2024类器官大会现场听各位大咖分享总结得来,真正代表行业从业人员的心声。
1. 标准化,目前类器官没有统一的标准,这导致下游应用人员在采购相关产品时,没有明确的评价标准,无法直观对比不同产品之间的差异。
2. 功能化,人体真实器官不论是结构还是组成上都是非常复杂的,比如人体肝脏组织就由40多种细胞组成,而目前市场上的类器官产品,其实只有几种细胞组成,缺乏血管、神经、免疫等组织,这与器官的真实原貌是存在差距的。
3. 各个区域协同发展形成合力,避免同质化
4. 营商环境
5. 监管与审批不明确
6. 尚处于实验室小批量验证阶段,还不具备大规模生产能力
7. 如何真正往临床方向应用尚不明确
How——类器官是怎么制备得到的
细胞来源:人类多能干细胞(hPSC)、诱导多能干细胞(iPSC)
诱导多能干细胞(iPSC):是指通过导入特定的转录因子将终末分化的体细胞重编程为多能性干细胞
培养过程: 细胞计数 → 铺胶 → 培养 → 定期观察 → 低温保存(-xx℃)
细胞外基质支持:科学家将多能细胞嵌入细胞外基质(如基质胶)中,以支持细胞的生长和分化。这种基质模拟了体内环境,为干细胞提供了一个适宜的生长环境。
特定生长因子的使用:模拟体内环境的特定生长因子和蛋白质被用来维持干细胞的表型,促进其向特定的组织类型分化。
自组装形成3D结构:根据研究中选择的初始干细胞群和生长因子,基质嵌入的细胞将自组装成3D类器官结构,其行为与特定组织类似。自组装听着很高大上,就是细胞自己会长出特定的形状(龙生龙、凤生凤、老鼠的儿子会打洞) 通过上述步骤,研究人员可以生成各种类型的类器官,如肺、肠道、肾脏、肝脏等,这些类器官在疾病模型构建、药物筛选、精准医疗等领域具有广泛的应用前景