类器官重要研究成果解读及相关应用政策！

类器官是由从患者体内提取的干细胞或肿瘤组织在特定的三维体外微环境中自组织发育而成，高度模拟体内真实器官特征的微型体外器官模型。它不是真实的人体器官，但在结构和功能上可以模拟人体器官。类器官技术以其独特的仿真性能，在再生医学、基因编辑、精准医学、器官发育、疾病建模等方面显示出良好的应用潜力。近年来，随着相关研究的深入，类器官技术也发展迅速。

近年来，科学家们在类器官领域做了大量的研究，取得了许多重要的成果。此外，许多针对器官类的优惠政策相继出台。在这篇文章中，边肖讨论了这一点。

图像：记者的资源

2021年11月，在《发展》杂志[1]发表的一篇研究报告中，来自剑桥大学等机构的科学家发现，滋养层器官可能是研究女性早孕和妊娠并发症的有力工具。在文章中，他们比较了人类胎盘的两种主要实验模型，发现命名为滋养层器官样细胞的三维胎盘细胞群可能最适合研究母亲和胎儿之间的相互作用、激素分泌或病原体如何在子宫中感染胎儿。了解上述过程可能有助于揭示女性妊娠并发症的分子机制，也可用于研究人类妊娠期间滋养细胞的发育、功能和病理表现。同月，Nature Neuroscience发表了英国剑桥大学科学家的最新研究成果[2]，其中研究人员报道了一个源自人类诱导多能干细胞(ipsCs)的类脑器官切片模型。研究人员发现，该模型再现了成熟的大脑皮层结构，显示了肌萎缩侧索硬化合并额颞叶痴呆患者的早期分子病理特征。通过单细胞RNA测序和生物学分析相结合，研究人员还揭示了星形胶质细胞和神经元中基因转录、蛋白质合成和DNA修复的功能障碍。他们发现自噬信号蛋白P62在星形胶质细胞中的表达水平增加，二肽重复蛋白聚甘氨酸丙氨酸(poly-ga)在深层神经元中积累，并发生DNA损伤，并经历核固缩，这可以通过GSK2606414(一种蛋白激酶R样内质网激酶抑制剂)进行药理学逆转。

今年8月，在《细胞干细胞》杂志[3]上发表的一项新研究中，来自德国杜塞尔多夫大学等研究机构的研究人员成功利用人类诱导多能干细胞培养出含有视杯的类脑器官。研究人员表示，这种类似大脑的器官可以从大脑类似区域的前方自发发育出双侧对称的视杯，从而证明了ipsCs在高度复杂的生物过程中固有的自我模式形成能力。这项研究强调了大脑器官产生原始感觉结构的非凡能力，原始感觉结构对光敏感，细胞类似于体内发现的细胞。这些器官可以帮助研究胚胎发育过程中的脑-眼相互作用，建立先天性视网膜疾病模型，并产生患者特异性视网膜细胞类型，用于个性化药物测试和移植治疗。来自维也纳生物中心等机构的科学家在《细胞》杂志[4]上发表文章称，他们已经开发出世界上第一个自组装的人类心脏器官。在这篇文章中，研究人员成功地利用人类多能干细胞培养了芝麻大小的心脏模型，即心脏样器官，它可以自发地自组装并形成空腔，而不需要实验支架。相关研究有望帮助科学家创造出一些迄今为止最真实的心脏器官。研究人员通过激活胚胎心脏发育中所有六种已知的信号通路，诱导干细胞以特定的顺序自我组装。随着细胞的分化，这些干细胞开始形成独立的层状结构，类似于心脏壁的结构。经过一周的发育，这些器官会自组装形成一个空腔封闭的3D结构，这是一个类似于人心脏的自我生长轨迹。此外，研究人员还发现，心脏器官的壁状组织可以有节奏地收缩，将液体挤压到腔内。

尽管近年来癌症治疗不断发展，但对于晚期和转移性肠癌患者仍缺乏有效的治疗方法，因此迫切需要新的药物治疗。在《细胞报告》(Cell Reports)杂志[5]发表的一篇研究报告中，瑞士肠癌研究所等机构的科学家基于类器官高通量RNA测序，帮助寻找治疗结直肠癌的药物；在这篇论文中，他们开发了类器官高通量筛选系统“TORNANDO-seq”，可用于鉴定能够诱导正常肠道细胞和癌细胞分化的小分子药物。这种方法可以定量分析大量细胞类型特异性基因的RNA表达，然后通过去卷积的方法推断细胞类型组成，最终实现研究者的研究目的。作为一项高含量技术，mRNA表达分析与其他方法(例如，基于抗体或报告基因的方法)相比，具有许多优势，如准确性、可扩展性和敏感性。此外，TORNADO-seq有助于深入理解药物的作用方式，并且可以很容易地适应许多其他系统，允许更系统、大规模和定量的方法来研究复杂细胞系统的生物学特性。来自德国mhh的研究人员在《自然生物技术》上发表了一篇文章[6]，指出他们已经成功地促进了人类心脏中类似器官的形成。在这篇文章中，他们开发了一种通过hPSC的定向分化生成复杂且高度结构化的三维心脏样器官(HFO)的新方法，该方法可用于研究心脏的早期发育模式和前肠的发育。在国际期刊《自然神经科学》[7]发表的一篇研究报告中，美国加州大学等机构的科学家通过研究，在实验室中培育出了一种新型的微型脑器官，这种器官和婴儿的大脑一样成熟。这种来源于人类干细胞的三维模拟脑器官可以以一种与人类大脑发育惊人相似的方式成熟。这些3D脑器官可以遵循一个特殊的内部时钟，它们在实验室环境中的发展与体内的变化是平行的。与此同时，这几种器官在大约280天的培养中达到成熟状态，然后它们可以开始模拟婴儿大脑的各个方面，包括一些已知的神经递质信号传递的生理变化。

图片来源：前沿