引言
类器官（Organoids）曾被 Nature Methods 期刊评为 2017年生命科学领域的年度技术。本篇将探寻类器官新兴技术的发展历程、重要应用及当前面临的挑战。
什么是类器官？
类器官属于 3D细胞培养物，是由不同干细胞通过自我组织形式形成，能够模拟原生器官的组织结构以及功能的 微型器官模型。
与传统2D细胞培养相比，3D细胞培养具有一定优势。2D细胞培养无法了解细胞在组织内的功能和应答反应，可能会导致以2D细胞培养为基础的药物或生物学研究出现偏差，且较难预测药物在内体的效果。而3D细胞培养可以为研究者们提供药物更真实的早期信息，从而 降低推出新药的研究费用和时间成本等。
类器官的基本培养流程
类器官的细胞来源于动物和人体，获取细胞后经过实验人员的处理，分离出胚胎或多能干细胞，然后将它们培养在支持介质(如基质胶Matrigel)上，使其能够三维生长。为了使细胞更好地生长，需要在培养基中添加各种细胞因子、生长因子等，上述因子可以激活或抑制类器官形成的特定信号通路，使目标类器官顺利形成。以肿瘤类器官培养为例，流程图如下：
类器官研究进展迅速
类器官发展至今有30多年的历史。从1987年开始，国外多个实验室成功使用3D培养方法由干细胞构建了类似器官的培养物。2006年，Yaakov Nahmias和David Odde在体外将自我组织的vascular liver organoid成功培养了50天以上。2008年，Yoshiki Sasa的研究团队发现，干细胞可以自我组织成为神经球体，在不同区间具有不同类型的细胞分层。2009年，Hans Clever发现肠道隐窝基底处的Lgr5阳性细胞为肠上皮更新的关键肠干细胞，揭开了类器官领域的新篇章。
经过30多年的发展，类器官相关技术取得了重大进展，一些高质量的文章发表在《Nature》、《Science》和《Cell》等具有国际影响力的杂志期刊上。
近几年，中国类器官研究发展较快。截至目前，国内发表的类器官相关文章超过300篇，占到全球文章总数的8%；2020年来自中国的发表文章占比达到了14%，仅次于美国的发表文章数量，证实了类器官技术在中国快速发展。（数据来源于PubMed）
类器官是疾病研究与药物开发的重要工具
1、药物筛选
目前，类器官在药物筛选领域主要针对肿瘤疾病。类器官能够更好地模拟人体器官结构，通过不同药物组合的刺激，观测药物对于肿瘤细胞的作用。国内现在已经培养出结直肠癌、前列腺癌、乳腺癌等多个类器官，这些类器官 可以用于临床前或者药物选择的测试，能够对个体患者确定诊疗方案。
2、药物毒性以及不良反应测试
药物不良反应是药企上市药物的重要监测指标。目前大部分药企仍使用小鼠等动物进行相关测试，这些动物与人体存在一定差异， 使用类器官能够更清楚地证明药物毒性与不良反应，而且类器官的遗传稳定性以及高通量筛选也是传统动物实验不可比拟的。类器官的成功应用可缩短药企药物开发时间，降低开发成本。
3、建立疾病模型
类器官与传统2D培养体系相比，可以更生动地模拟人体器官结构，这是其应用的重要优势。未来随着类器官技术不断成熟，能够高度模拟人体内器官以及微环境，科研工作者可以利用其进行疾病的全过程探索和研究， 进而建立不同疾病的疾病模型（包括发病起因、发病过程、治疗过程等），为疾病的诊断和治疗提供新的方法。
类器官培养与应用当前存在的问题
1、类器官的体外培养需要消耗大量的时间和资源，整体培养难度大。与传统PDX（源自患者的异种移植物）比，类器官的成本高出10倍左右；培养时间也大于传统动物实验。此外如果没有成熟的实验人员进行操作，失败率较高。
2、类器官相较于人体正常器官的生理环境，缺乏结缔组织、血管和免疫细胞的微环境。模拟人体细胞微环境是类器官应用中最大的问题和障碍。人体内的微环境非常复杂，虽然已经有科学表明类器官在疾病治疗上有一定的作用，但是体内整体复杂的病灶环境以及控制难度较大，类器官还没有真正解决这一问题。
3、类器官培养过程中会使用小鼠来源的基质胶、生长因子等，这些外来产品的稳定性与一致性都可能影响实验结果。因此，稳定与一致性的培养试剂盒产品也是行业的主要研究方向。
4、在培养过程中，正常上皮细胞类器官会混入肿瘤类器官中，导致培养失败。晚期癌症的类器官生长速度通常比正常上皮的类器官生长速度慢。目前研究中通常是通过调整适当的细胞因子来控制生长速度，保持两种类器官生长速度相近。但是目前来讲，对于研究者的操作仍是一大挑战。
本文作者：
刘强
高级咨询顾问
沈思雨
中国化信·咨询
资深项目总监
版权声明：中国化工信息中心有限公司版权所有。未经许可，不得做任何形式的转载和出版。如需转载，请在消息栏回复“转载”，将有工作人员与您联系。
中国化信：医疗行业咨询
中国化信·咨询拥有专业的医药、医疗器械、制药相关化学品及材料等重要医疗产业研究经验, 深入了解中国医药相关政策与法规, 全球医药科技趋势, 专业疾病领域医师以及医药市场动态。以与市场实际接轨的调研经验为出发点, 提供落地并符合中国医药市场环境的企业发展策略。
