發(fā)布時(shí)間： 2017年03月23日
肉眼看上去，這些比芝麻粒還小的小球似乎就是細(xì)胞無規(guī)則地聚集在一起。但將它們放到顯微鏡下，這些實(shí)驗(yàn)室中培養(yǎng)的迷你器官卻有著十分復(fù)雜的結(jié)構(gòu)：腎臟上有微小的細(xì)管，大腦皮層或腸道內(nèi)有精妙的褶皺。
現(xiàn)在，借助3D細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)，科學(xué)家已經(jīng)能夠在實(shí)驗(yàn)室里制造出多種類器官，包括肝、胰、胃、心、腎，甚至是乳腺等等。近日，《發(fā)育》雜志以?？男问交仡櫫诉@一領(lǐng)域的最新發(fā)展，提到這些迷你器官在體外模擬疾病過程以及測試藥物方面有著廣泛的用途。
類器官是真實(shí)器官的縮影嗎？很難說。這些細(xì)胞球在結(jié)構(gòu)上可以模仿出許多臟器內(nèi)部的精細(xì)結(jié)構(gòu)，不過，它們和真正的人體器官有許多不同之處，其中最重要的不同在于這些迷你器官缺乏血管系統(tǒng)，而血液對于人體器官的生長發(fā)育和正常功能都是必不可少的。
因此，類器官只能永遠(yuǎn)處于迷你和簡單狀態(tài)，科學(xué)家還無法培育出任何接近實(shí)際大小的體外器官。但他們?nèi)詮亩S細(xì)胞培養(yǎng)邁出了一大步，現(xiàn)在的類器官可以模擬器官形成的最早期過程，同時(shí)可以用于研究諸如基因突變等因素如何影響正常器官的功能。
如何培養(yǎng)一個(gè)類器官？目前的類器官培養(yǎng)技術(shù)主要使用干細(xì)胞，通過模擬人體發(fā)育的環(huán)境誘導(dǎo)干細(xì)胞分化成一個(gè)器官內(nèi)不同類型的細(xì)胞，并形成器官的基本結(jié)構(gòu)。但干細(xì)胞的來源對于形成的類器官有很大影響。
一些科研人員使用多能干細(xì)胞——包括胚胎干細(xì)胞和從體細(xì)胞誘導(dǎo)而成的多能干細(xì)胞，這些細(xì)胞理論上能分化成體內(nèi)任何一種細(xì)胞。由于這些類器官重新制定了器官在最初數(shù)周和數(shù)月內(nèi)的生長，因此它們能幫助研究人員識別這些過程中出現(xiàn)的“小故障”，例如導(dǎo)致腸道中缺乏某些重要細(xì)胞的基因突變。
“你能看到先天性缺乏在自己眼前的培養(yǎng)皿中發(fā)生?！泵绹列聊翘醿和t(yī)院發(fā)育生物學(xué)家James Wells說。
此外，這些類器官對于神經(jīng)系統(tǒng)學(xué)研究非常有用。例如，在寨卡病毒研究中，科學(xué)家研究了病毒對于迷你大腦的影響，發(fā)現(xiàn)病毒能攔截并殺死神經(jīng)前體細(xì)胞，從而減緩大腦發(fā)育，導(dǎo)致新生兒小頭癥的出現(xiàn)。
另外一些類器官使用了成體干細(xì)胞，通常這些分離自器官組織的干細(xì)胞能在臟器受損時(shí)幫助修復(fù)。這些細(xì)胞產(chǎn)生的迷你器官結(jié)構(gòu)較為簡單，但仍然能夠被用于器官研究。通過這種方法產(chǎn)生的迷你肝、胃、小腸和胰等器官對于研究遺傳差異對器官機(jī)能的影響和測試藥物有很大幫助。
那么對于類器官的預(yù)測準(zhǔn)確嗎？在藥物作用機(jī)理研究中，至少一種類器官已經(jīng)證明了其價(jià)值。荷蘭Hubrecht研究所干細(xì)胞生物學(xué)家Hans Clevers和同事，從囊性纖維化患者身上獲取小腸細(xì)胞并培養(yǎng)出了迷你小腸。當(dāng)對這個(gè)迷你小腸使用福泰制藥公司開發(fā)的新藥后，小腸黏膜的鹽、水吸收功能得以恢復(fù)，也沒有引起炎癥反應(yīng)。
不過，也有人對此表達(dá)了謹(jǐn)慎的看法，他們認(rèn)為類器官能在多大程度上模擬真實(shí)器官尚不清楚。使用迷你大腦研究寨卡病毒的美國約翰斯·霍普金斯大學(xué)神經(jīng)學(xué)家Guo-Li Ming認(rèn)為，迄今為止，類器官缺乏免疫系統(tǒng)，因此在篩選針對病毒的藥物時(shí)，無法完全復(fù)制體內(nèi)的真實(shí)情況。
而且，該領(lǐng)域還面臨另一個(gè)重大挑戰(zhàn)：標(biāo)準(zhǔn)化。讓干細(xì)胞自我組裝，將形成具有各種各樣形狀和細(xì)胞類型的類器官。特刊上的一篇文章提出一種排列腸道細(xì)胞培養(yǎng)物的方法，以便制備出更統(tǒng)一、成熟的類器官。
類器官能用作器官移植嗎？至少現(xiàn)在還不行。研究人員希望終有一天迷你器官能被植入人體，重新發(fā)育或修復(fù)器官?？茖W(xué)家已經(jīng)成功將迷你肝臟和小腸植入小鼠體內(nèi)并發(fā)育。而且，Wells等人已經(jīng)使用實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的組織治療早產(chǎn)兒感染導(dǎo)致的腸道損傷。但由于無法在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)更大的腸道，因此科學(xué)家在探索如何在患者腹部培養(yǎng)一個(gè)類器官，然后將它接入腸道。
“類器官距離人體器官移植可能至少還有10年?！盬ells說，但如果回到10年前，根本無法想象人們能在培養(yǎng)皿內(nèi)長出這些迷你器官。
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