近日，来自日本大阪大学的研究团队在 Nature 上发表了一篇题为「Generation of 3D lacrimal gland organoids from human pluripotent stem cells」的研究论文，他们在体外成功利用人类多能干细胞诱导培养出三维泪腺类器官。该类器官具有导管和腺泡，在形态、免疫标记特征以及基因表达模式上与对应的人类泪腺高度相似，在移植进入大鼠眼睛后会经历功能成熟、腔体发育以及防御蛋白产生，为泪腺生物学的研究提供了新的工具[1]，也为类器官的应用带来了新的突破。
在基础研究和转化研究中，我们往往缺少合适的体外模型来准确代表特定组织和疾病状态。因此，可提供稳定的、更精确的人体生理环境模拟的类器官，有助于我们深入理解复杂系统的生物学。类器官是一种基于 3D 体外细胞培养系统建立的、与体内组织或器官高度相似的一种模型，有助于更好地理解生理相关环境中的复杂生物学，在药物发现、毒理学和疾病建模等许多应用中均表现出巨大的潜力[2]。类器官可以由两种类型的细胞生成：
1
多能干细胞（PSC），例如胚胎干细胞（ESC）和诱导多能干细胞（iPSC）；
2
器官限制性成体干细胞（ASC）[3]。
图 1：生成组织特异性和多能干细胞衍生类器官的不同方案[2]
类器官具有组织结构和器官功能，能最大程度模拟人体器官，是促进个体疾病研究和个性化治疗的强大系统。这项新兴技术提高了药物用于临床前治疗和模拟器官复杂性的可翻译性，为人类疾病建模、组织工程、药物开发、诊断和再生医学提出了许多方法[4]。
类器官的 3D 培养可以追溯到 1907 年，但真正走向成熟的是 2009 年荷兰 Hans Clevers 团队体外培养的小鼠肠道类器官。在 2019 年，该团队又在《Nature Reviews》杂志上发表了一篇题「Organoids in immunological research」的综述，讨论了免疫研究中类器官的研究现状[5]。2021 年国家「十四五」重点研究计划重点专项也包含类器官，为精准医疗提供了全新的研究方法和治疗手段。
图 2：3D 类器官系统发展史[4]
类器官的培养首先要分离出胚胎或多能干细胞，然后将其培养在一个支持介质上，进行三维生长。介导类器官形成的信号通路与体内器官发育与稳态维持的信号通路相同，在培养过程中需要添加各种细胞因子，以激活或抑制参与类器官形成的信号通路，从而操纵培养系统实现定向分化。为了保持类器官中干细胞的「干性」并且维持其具有分化多种细胞类型的能力，都需要不同的细胞因子的参与。因此，选择高活性、高纯度、内毒素较低、稳定度较高的细胞因子在类器官培养中尤为重要。
图 3：从原代组织和多能干细胞生成类器官[4]
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用于类器官培养的细胞因子
5 月义翘神州还将会邀请多名类器官科研领域的学者进行多场讲座，共同探讨类器官在疾病研究、肿瘤药敏、药物毒理、临床免疫等多个领域重要研究进展，已确定参加的有深圳市第二人民医院黄卫人教授、中国科学院分子细胞科学卓越创新中心高栋研究员、浙江大学的蒋明研究员等。欢迎大家持续关注义翘神州相关推广，将会不断更新相关内容。
内容策划：康晋伟
项目审核：周文
题图来源：图虫创意
参考文献：
[1]. Hayashi R, Okubo T, et al. Generation of 3D lacrimal gland organoids from human pluripotent stem cells. Nature. 2022 May;605(7908):126-131.
[2]. Zahra Heydari, et al. Organoids: a novel modality in disease modeling. Biodes Manuf. 2021;4(4):689-716.
[3]. Abhijith, et al. Advances in development and application of human organoids. 3 Biotech. 11, 257 (2021).
[4]. Laleh Shariati, et al. Organoid technology: Current standing and future perspectives. Stem Cells.Volume 39, Issue 12, December 2021, Pages 1625–1649
[5]. Yotam, Kai and Lvers, Organoids in immunological research. Nat Rev Immunol. 2020 May;20(5):279-293
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