董研博，王 健，鄭夢竹，劉良發(fā)，李山虎

（1.首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京友誼醫(yī)院耳鼻咽喉頭頸外科，北京 100050；2.軍事科學(xué)院軍事醫(yī)學(xué)研究院生物工程研究所細(xì)胞工程實(shí)驗(yàn)室，北京 100850）

現(xiàn)有的生物醫(yī)學(xué)研究模型主要是細(xì)胞系模型和動物模型。細(xì)胞系模型簡易、經(jīng)濟(jì)，最常用，但是單層細(xì)胞的生長模式缺乏細(xì)胞-細(xì)胞、細(xì)胞-細(xì)胞基質(zhì)間的相互作用，體外培養(yǎng)的過程中會丟失細(xì)胞的異質(zhì)性和其在體內(nèi)的特征，從而無法模擬體內(nèi)復(fù)雜的三維環(huán)境及組織細(xì)胞功能和相關(guān)的信號通路[1]。動物模型可以近似地概括人體生理學(xué)，但往往受限于成像觀察、混雜變量、出入量有限、可用性限制及動物和人在生物學(xué)上的差異[2]。

近年來興起的類器官模型彌補(bǔ)了以上缺點(diǎn)。類器官是指由具有干細(xì)胞潛能的細(xì)胞進(jìn)行體外三維培養(yǎng)后形成的細(xì)胞團(tuán)，其具有自我更新和自我組裝的能力，并表現(xiàn)出與來源組織相似的結(jié)構(gòu)和功能[3-4]。與傳統(tǒng)的細(xì)胞系模型不同，類器官不僅能夠長期傳代培養(yǎng)，且具有穩(wěn)定的表型和遺傳學(xué)特性。

20世紀(jì)八十年代，研究者發(fā)現(xiàn)哺乳動物的細(xì)胞具有分化成自身組織的能力[5-6]。在此基礎(chǔ)上，2009年Sato等[7]將來源于小鼠腸道的成體干細(xì)胞培養(yǎng)在含有表皮生長因子（epidermal growth factor，EGF）、Noggin、R-spondin的三維基質(zhì)凝膠（Matrigel）培養(yǎng)體系中，培育出了類似小腸的顯微結(jié)構(gòu)，即隱窩-絨毛樣復(fù)合體，成功建立腸類器官培養(yǎng)系統(tǒng)。之后，他們又利用該體系對前期篩選出的單個(gè)富含亮氨酸重復(fù)序列G 蛋白偶聯(lián)受體5+（leucine-rich repeatcontaining G protein-coupled receptor 5+，Lgr5+）腸干細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)也能形成具有上述特殊結(jié)構(gòu)的類器官，并且仍有Lgr5+腸干細(xì)胞的存在[8]?？梢?，該體系下構(gòu)建的類器官能夠很好地模擬體內(nèi)小腸的形態(tài)結(jié)構(gòu)和功能，且維持了干細(xì)胞的存在。后來，他們將這個(gè)方法擴(kuò)展到結(jié)腸和腫瘤類器官的培養(yǎng)上[9]，開啟了類器官的研究。目前，國內(nèi)外學(xué)者已成功培育出了具有三維立體結(jié)構(gòu)的結(jié)腸、食管、胰、肝、前列腺和乳腺等結(jié)構(gòu)的類器官和相應(yīng)的腫瘤類器官。

類器官的三維培養(yǎng)需要利用生物工程的方法來引導(dǎo)細(xì)胞分裂和分化。細(xì)胞因子和細(xì)胞外基質(zhì)組成干細(xì)胞培養(yǎng)微環(huán)境，是類器官更新和分化的物質(zhì)基礎(chǔ)。通過人為調(diào)控培養(yǎng)系統(tǒng)的成分，由細(xì)胞自主的分化為特定結(jié)構(gòu)，完成類器官自組裝過程。Lancaster 等[10]認(rèn)為自組裝過程的原理在于：①同種細(xì)胞表面含有相同的黏附蛋白，易于互相黏附；②細(xì)胞分化受空間限制，由深面至淺面形成了干細(xì)胞-分化細(xì)胞-上皮細(xì)胞的層次結(jié)構(gòu)[3]。這一過程較為復(fù)雜，由多種細(xì)胞因子及信號通路共同參與，但是類器官自組裝過程的詳細(xì)機(jī)迄今仍不清楚。

類器官模型不僅維持了細(xì)胞間的相互作用和細(xì)胞與外基質(zhì)的相互作用，更能代表體內(nèi)生理?xiàng)l件，而且含有干細(xì)胞，能夠無限增殖，很好地保持了細(xì)胞異質(zhì)性，適合大規(guī)模的生物醫(yī)學(xué)研究，同時(shí)還可以對該模型進(jìn)行基因編輯操作。本文將對類器官的類型及其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行綜述。

1 源自不同組織和細(xì)胞的類器官模型

1.1 正常成體組織類器官

成體干細(xì)胞具有自我更新和多向分化的潛能，在組織自我更新或損傷修復(fù)的過程中，模擬出干細(xì)胞培養(yǎng)微環(huán)境，可以控制成體干細(xì)胞增殖分化形成類器官。研究者們發(fā)現(xiàn)Wnt 信號通路在上皮類型成體干細(xì)胞的調(diào)控中起主要作用[11]。Lgr5 是Wnt信號通路靶基因編碼的蛋白，其與R-spondin結(jié)合可以擴(kuò)大Wnt信號通路的優(yōu)勢。Wnt3a和R-spondin等Wnt 信號通路的激活因子是成體干細(xì)胞培養(yǎng)中的關(guān)鍵成分。

目前，研究者們已從消化系統(tǒng)的組織中培養(yǎng)出多種類器官。舌輪廓乳頭含有表達(dá)Lgr5+的細(xì)胞，經(jīng)培養(yǎng)后生長出了味蕾類器官，用鈣成像技術(shù)檢測發(fā)現(xiàn)其對味覺刺激有反應(yīng)[12]。Barker 和Stange等[13-14]利用R-spondin 培養(yǎng)體系，分別將幽門腺Lgr5+干細(xì)胞和胃體區(qū)域表達(dá)于小鼠胚胎的腫瘤壞死因子受體超家族（tumor necrosis factor receptor superfamily expressed on the mouse embryo，Troy+）Troy+主細(xì)胞培養(yǎng)成了胃類器官模型。小腸隱窩的底部存在Lgr5+細(xì)胞[8]，也培養(yǎng)出了結(jié)腸類器官[9]。這2 種類器官均可傳代數(shù)年，并且保持基因型和表型的穩(wěn)定[15]。另外，學(xué)者們也成功培育了來自于成人肝和胰的類器官。在急性損傷后，膽囊導(dǎo)管和胰腺小葉形成和重建的通路被激活，在膽管和胰腺導(dǎo)管附近均出現(xiàn)Lgr5+細(xì)胞[16-17]。Huch等[16]通過對小鼠肝類器官培養(yǎng)體系進(jìn)行條件優(yōu)化，利用來源于人的膽管細(xì)胞成功獲得人的膽囊類器官。該種類器官可以表達(dá)膽管細(xì)胞的標(biāo)志物，在長期培養(yǎng)的過程中能夠維持基因組的穩(wěn)定性，也可以被誘導(dǎo)分化為具有功能的肝細(xì)胞系。隨后他們又在相似的培養(yǎng)條件下，用人胰腺導(dǎo)管組織培育出具有出芽囊狀結(jié)構(gòu)的類器官模型。將這種類器官移植到腎被膜下，可以形成具有功能的胰腺組織[17]。除消化系統(tǒng)的組織外，還有學(xué)者利用人前列腺組織成功培養(yǎng)出前列腺類器官，經(jīng)外顯子測序表明，該培養(yǎng)體系能很好地維持遺傳穩(wěn)定性[18]。

由于Lgr5蛋白表達(dá)量不高，學(xué)者們也探索出了一些其他的干細(xì)胞標(biāo)志物。小鼠舌類器官包含多層角化上皮，產(chǎn)生角質(zhì)層的細(xì)胞中檢測出成體干細(xì)胞志記物B細(xì)胞特異性莫洛尼鼠白血病病毒整合位點(diǎn)1（B cell-specific Moloney murine leukemia virus integration site 1，Bmi 1）的表達(dá)[19]。Nanduri 等[20]對腮腺CD24hi/CD29hi干細(xì)胞進(jìn)行三維培養(yǎng)，得到了具有導(dǎo)管和腺葉結(jié)構(gòu)的腮腺類器官。

1.2 ESC和iPSC類器官

胚胎干細(xì)胞（embryonic stem cells，ESC）是來源于胚泡內(nèi)細(xì)胞團(tuán)的一類細(xì)胞，具有多胚層分化能力，體外培養(yǎng)時(shí)能夠無限增殖和多向分化[21]。誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞（induced pluripotent stem cells，iPSC）與ESC 一樣，也有多向分化能力；不同的是，iPSC是將體細(xì)胞重編程而形成的。重編程的主要方法有細(xì)胞融合[22]、核移植[23]或多潛能因子過表達(dá)[24]。刺激ESC和iPSC的特殊信號通路可誘導(dǎo)其向不同的胚層進(jìn)行分化。

內(nèi)胚層來源類器官包括胃[25]、甲狀腺[26]、肝[27]、小腸[28]和肺[29]等。以胃類器官為例，Noguchi 等[25]利用小鼠ESC 培養(yǎng)出了具有成體小鼠胃竇和胃體細(xì)胞特征的類器官。通過誘導(dǎo)Barx1表達(dá)和同時(shí)調(diào)控音猬因子（Sonic Hedgehog，SHH）和Wnt信號通路，建立了能分泌胃蛋白酶和胃酸、具有蠕動功能的胃類器官。外胚層來源的類器官包括腦[30]、垂體[31]、內(nèi)耳[32]和視網(wǎng)膜[33]等。2013 年，Lancaster 等[30]通過加入不同生長因子的方法將人ESC和iPSC在神經(jīng)培養(yǎng)基三維培養(yǎng)出了與9～10 周胚胎大腦類似的“類大腦”，其具備人類大腦發(fā)育初期的一些主要區(qū)域，也出現(xiàn)了背側(cè)皮質(zhì)腹側(cè)前腦等可辨認(rèn)的特征。2015年，Kirwan等[34]應(yīng)用人iPSC 體外構(gòu)建了人大腦皮質(zhì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，能夠模擬人體內(nèi)皮質(zhì)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)育和功能，這表明可以在體外通過構(gòu)建大腦類器官來進(jìn)行人類前腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)生理學(xué)機(jī)制的研究。

首個(gè)中胚層來源類器官是腎類器官。在人iPSCs 中調(diào)控糖原合成激酶3β（glycogen synthase kinase 3β，GSK3β）和成纖維細(xì)胞生長因子（fibroblast growth factor，F(xiàn)GF）信號通路，將其誘導(dǎo)分化至中胚層狀態(tài)，然后發(fā)育為腎類器官。該類器官具有人胚胎腎單位的形態(tài)和分段，如中腎導(dǎo)管、腎小管和腎小球[35]，這為研究人類腎起源發(fā)育與疾病提供了一個(gè)極佳的三維模型，具有重大的臨床意義。

1.3 腫瘤組織類器官

腫瘤組織類器官是利用腫瘤原發(fā)灶或轉(zhuǎn)移灶培養(yǎng)而來的體外模型[36-37]。目前，學(xué)者們已成功培養(yǎng)出了多種腫瘤組織類器官，包括來源于食管[38]、胃[39]、肝[40]、胰[44]、結(jié)腸[37]、乳腺[42]和子宮內(nèi)膜[43]的原發(fā)腫瘤及結(jié)腸[37]、前列腺[36]和乳腺[42]惡性腫瘤的轉(zhuǎn)移病灶。腫瘤類器官，是在三維培養(yǎng)條件下，利用含有特殊細(xì)胞因子的培養(yǎng)基，將分離后的腫瘤細(xì)胞培育成類球體集落，該培養(yǎng)產(chǎn)物可長期培養(yǎng)、傳代，表現(xiàn)出具有與其來源腫瘤相同的基因表達(dá)譜、突變位點(diǎn)、腫瘤標(biāo)志物、組織形態(tài)學(xué)和臨床病理類型，在裸鼠移植后可成瘤，有侵襲、轉(zhuǎn)移等與原腫瘤相似的臨床特性。以Li 等[38]建立的食道腺癌類器官為例，細(xì)胞來源于食道腺癌患者的手術(shù)切除標(biāo)本。采用三維培養(yǎng)系統(tǒng)，以基底膜提取物（basement membrane extract，BME）作為細(xì)胞外基質(zhì)，加入Wnt3a、R-spondin-1、Noggin、EGF、FGF10、SB202190、A83-01、B27 和煙酰胺等因子進(jìn)行培養(yǎng)。31例嘗試建模樣品中有10例成功，其中9例可傳代＞6個(gè)月，傳代過程中沒有遺傳物質(zhì)的改變。研究者總結(jié)建模成功率低的可能原因包括初始腫瘤細(xì)胞量少、微生物污染、成纖維細(xì)胞快速生長和生長停滯。組織學(xué)方面，該研究對類器官進(jìn)行了免疫組化染色，評估了上皮特異性標(biāo)記物的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)泛細(xì)胞角蛋白（pan-cytokeratin）表達(dá)，無波形蛋白（vimentin）表達(dá)，表明類器官來源于上皮細(xì)胞。另外，10 例類器官中有8 例發(fā)現(xiàn)p53 基因的突變，還發(fā)現(xiàn)了PIK3CA，CDKN2A 和KCNQ3 等食管腺癌特異的突變位點(diǎn)，其缺失、過表達(dá)或野生型的狀態(tài)均與原腫瘤一致?；蚪M學(xué)方面，該研究對食管腺癌類器官進(jìn)行了全基因組測序，發(fā)現(xiàn)類器官與原始腫瘤一樣為“多克隆”。各類器官之間存在基因異質(zhì)性，包括不同的單核苷酸位點(diǎn)變異、基因插入與缺失和染色體結(jié)構(gòu)變異。經(jīng)檢驗(yàn)，其基因突變與原腫瘤基本一致，證實(shí)了此類器官模型對原腫瘤基因組的穩(wěn)定繼承。mRNA 測序也表明食管腺癌類器官與原腫瘤有一致的基因表達(dá)譜。不過該研究未進(jìn)行體內(nèi)培養(yǎng)，如腫瘤類器官的裸鼠移植試驗(yàn)，未證實(shí)其體內(nèi)成瘤、侵襲和轉(zhuǎn)移等特性。即使如此，該研究仍具有巨大的研究意義，在腫瘤的發(fā)生發(fā)展、藥物篩選及個(gè)體化治療等方面具有廣闊的研究前景。有關(guān)其他類型腫瘤類器官的特點(diǎn)歸納見（表1）。

2 類器官的應(yīng)用

類器官不僅是研究組織及腫瘤發(fā)生發(fā)展的有效工具，還能用于藥物療效和藥物毒理學(xué)性質(zhì)的檢測，有助于發(fā)展個(gè)體化治療和再生醫(yī)學(xué)，具有廣闊的應(yīng)用前景。

2.1 研究組織及腫瘤的發(fā)生發(fā)展

類器官研究可以有助于更深入了解胚胎發(fā)展和胚層分化的過程。Mondrinos等[44]利用胎肺類器官證明了外源性FGF 和VEGF-A 對于形成內(nèi)皮網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的拮抗作用，還發(fā)現(xiàn)SHH通路參與誘導(dǎo)上皮和內(nèi)皮結(jié)構(gòu)的發(fā)生發(fā)展。通過調(diào)控信號通路，將胃、小腸和胰等結(jié)構(gòu)從ESC 和iPSC 培育成類器官的過程，也闡明了Wnt，骨形態(tài)發(fā)生蛋白（bone morpho-genetic protein，BMP）和FGF 等信號分子在組織結(jié)構(gòu)形成中的作用[28]。Kirwan 等[34]應(yīng)用人iPSC 體外培育的人大腦皮質(zhì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠模擬人體內(nèi)皮質(zhì)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)育和功能，進(jìn)而可以在體外來進(jìn)行人類前腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)生理學(xué)機(jī)制的研究。Takebe等[27]將人多能干細(xì)胞來源的肝細(xì)胞、人間充質(zhì)干細(xì)胞和人內(nèi)皮細(xì)胞混合后在基質(zhì)膠中培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)3 種細(xì)胞自組裝成三維的肝芽，將該肝芽移植到丙氧鳥苷誘導(dǎo)肝衰亡的TKNOG 小鼠體內(nèi)，發(fā)現(xiàn)這種肝芽可以連接小鼠腸系膜血管，小鼠也出現(xiàn)了人類特有的藥物代謝過程，重現(xiàn)了肝的組織發(fā)育過程。類器官具有自我更新能力，可以將有限的標(biāo)本或稀有的細(xì)胞擴(kuò)增，進(jìn)行更詳細(xì)的研究[45]。

Nadauld 等[46]利用短發(fā)夾RNA（shRNA）敲低胃癌類器官TGFBR2表達(dá)后，觀察到該類器官出現(xiàn)了侵襲、成瘤和轉(zhuǎn)移的變化，表明TGFBR2 是一種轉(zhuǎn)移抑制基因。同年，該團(tuán)隊(duì)又在野生型小鼠結(jié)腸類器官中利用shRNA方法導(dǎo)入了Apc，p53，KrasG12D和Smad4基因的突變，發(fā)現(xiàn)該類器官呈現(xiàn)出了侵襲性的腺癌樣的組織學(xué)結(jié)構(gòu)，并具有了體內(nèi)成瘤的能力，成功應(yīng)用“多重打擊”的辦法建立了結(jié)直腸癌模型[47]。Huang 等[41]用 多 能 干 細(xì) 胞（pluripotent stem cell，PSC）培養(yǎng)出胰類器官后，利用慢病毒載體導(dǎo)入突變的Kras 和TP53 基因，新的類器官表現(xiàn)出了異常的導(dǎo)管結(jié)構(gòu)和細(xì)胞核的多形性改變，與胰腺癌的特點(diǎn)一致。

2.2 藥物療效和個(gè)體化治療

科學(xué)家們已經(jīng)利用眾多的單層（single layer）腫瘤細(xì)胞系進(jìn)行了大規(guī)模的藥物篩選，并發(fā)現(xiàn)某些基因變異對藥物反應(yīng)的預(yù)測作用[48]。然而，腫瘤細(xì)胞系對原腫瘤組織還原性不佳，可能是導(dǎo)致新藥臨床試驗(yàn)失敗率較高的原因。來自患者的腫瘤類器官更好地還原了原始腫瘤的特點(diǎn)，相較于腫瘤細(xì)胞系，是更好的藥物篩選模型。Vlachogiannis等[49]為了證實(shí)類器官能否真實(shí)預(yù)測患者的療效，應(yīng)用來源于胃腸道惡性腫瘤轉(zhuǎn)移灶的腫瘤類器官，對大量臨床藥物進(jìn)行了試驗(yàn)，檢測了類器官的藥物敏感性，并與患者的治療效果進(jìn)行了比較。結(jié)果顯示，陽性預(yù)測（預(yù)測藥物有效）率為88%，陰性預(yù)測（預(yù)測藥物無效）率高達(dá)100%。此結(jié)果表明，患者來源的類器官模型能夠重現(xiàn)患者對藥物的反應(yīng)，可以被用于個(gè)體化藥物治療[49]。目前利用類器官生物庫進(jìn)行小范圍藥物篩選的工作已經(jīng)逐漸展開，并得到了滿意的結(jié)果[36，42]。

表1 腫瘤類器官研究現(xiàn)狀

Verissimo 等[50]應(yīng)用結(jié)直腸癌類器官生物庫檢測RAS 通路抑制劑的療效，發(fā)現(xiàn)對于RAS 突變的結(jié)直腸癌類器官，聯(lián)合應(yīng)用以MEK 或HER 家族和ERK為靶向的藥物，能夠顯著抑制腫瘤生長，但是僅能使腫瘤生長停滯而不是發(fā)生凋亡，一旦治療停止，細(xì)胞會繼續(xù)生長。這一工作表明RAS突變結(jié)直腸癌的治療，需要聯(lián)合應(yīng)用EGFR通路抑制劑的治療策略。

Broutier等[40]用人原發(fā)性肝癌類器官進(jìn)行藥物篩選，發(fā)現(xiàn)了ERK抑制劑對于原發(fā)性肝癌的明確療效。Shenoy等[51]比較了染色質(zhì)域解螺旋酶DNA結(jié)合蛋白1（chromodomain helicase DNA-binding protein 1，CHD1）缺乏和野生型的去勢抗性前列腺癌患者來源的類器官，發(fā)現(xiàn)CHD1 缺乏型前列腺癌類器官對DNA 損傷劑敏感，用DNA 損傷劑卡鉑治療后療效顯著。

類器官技術(shù)對于藥物發(fā)展的另一項(xiàng)貢獻(xiàn)是藥物毒性檢測。藥物的毒性作用常損傷肝、腎和心等器官的功能。Takasato 等[35]利用人腎類器官驗(yàn)證順鉑的腎毒性，表明類器官模型在藥物毒性篩選中的重要作用。藥物性肝衰竭是藥物在臨床試驗(yàn)中失敗的主要原因[52]，藥物性肝毒性常由細(xì)胞色素P450 酶介導(dǎo)所致。肝類器官經(jīng)誘導(dǎo)分化后可表達(dá)這些酶，濃度接近生理水平[53]，可用于藥物肝毒性的檢測。此外，來源于iPSC 的心臟類器官可用于藥物心臟毒性的檢測[54]。

2.3 再生醫(yī)學(xué)

單個(gè)成人Lgr5+干細(xì)胞能在體外成功擴(kuò)增成結(jié)腸類器官，將這種功能性的結(jié)腸上皮移植到硫酸葡聚糖誘導(dǎo)的急性結(jié)腸炎小鼠模型中可以修復(fù)其受損的結(jié)腸上皮，提示利用單一成人結(jié)腸干細(xì)胞體外擴(kuò)增進(jìn)行結(jié)腸干細(xì)胞治療是可行途徑[55]。Sugimoto等[56]將人結(jié)腸類器官原位移植至小鼠結(jié)腸黏膜下層，觀察其在小鼠體內(nèi)生長。發(fā)現(xiàn)移植物能夠形成與小鼠結(jié)腸隱窩不同的隱窩結(jié)構(gòu)，其中的Lgr5+干細(xì)胞也有自我更新和多向分化的表現(xiàn)，表明結(jié)腸類器官移植后具有相應(yīng)的功能。Nakamura等[57]提出體外利用管狀支架將腸類器官培育成管型結(jié)構(gòu)，誘導(dǎo)分化后吻合至體內(nèi)腸道缺損部位。這些方法理論上可行，但是尚需臨床試驗(yàn)結(jié)果支持。

Huch 等[53]用肝干細(xì)胞體外培養(yǎng)出肝類器官，將其移植至急性肝損傷的小鼠模型，發(fā)現(xiàn)小鼠體內(nèi)表達(dá)了人白蛋白。Nantasanti等[58]利用犬肝干細(xì)胞構(gòu)建了可分化為功能性肝細(xì)胞的肝類器官模型，體內(nèi)移植后可用于銅貯積病的治療?？梢?，無論是直接應(yīng)用，還是體外培養(yǎng)快速獲得移植物，類器官在再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域均可發(fā)揮巨大作用。

3 展望

近年來，研究者們?yōu)榱私⒏玫乃幬锖Y選平臺，建立了基于微流控技術(shù)的器官芯片（organ-on-achip）。這是一種模仿完整器官結(jié)構(gòu)和功能的單元芯片，置入微量的化學(xué)物質(zhì)或微生物，可以模擬出相同物質(zhì)放到真實(shí)人體器官中時(shí)發(fā)生的變化[59]。該系統(tǒng)跟動物模型相比更貼近人體真實(shí)反應(yīng)，然而，仍存在些許瑕疵，如缺少支持細(xì)胞和基質(zhì)，缺少干細(xì)胞的自我組裝能力等。類器官芯片（organoid-on-achip）有望彌補(bǔ)這些缺陷。兩者區(qū)別主要在于，器官芯片的制備需要將各種類型的細(xì)胞進(jìn)行人為排列，而類器官芯片有自動分化、組裝為功能單位的能力，比前者更能模擬器官的功能單元。有學(xué)者提出多類器官芯片的應(yīng)用，同一個(gè)芯片上含有肝、心和肺3 個(gè)類器官，可在檢測藥物對于目的器官療效的同時(shí)，監(jiān)測系統(tǒng)整體的變化[60]。

類器官可長期培養(yǎng)傳代，基因型穩(wěn)定，而且可以凍存，復(fù)蘇后可繼續(xù)穩(wěn)定培養(yǎng)，這就為生物器官庫的建立提供了可能。通過擴(kuò)建類器官生物庫，我們可以獲得各種類型的類器官模型和腫瘤模型，在對其進(jìn)行基因組測序和表達(dá)譜分析后，不僅可以進(jìn)行個(gè)體層面上的指導(dǎo)，如疾病易感性、藥效預(yù)測和再生醫(yī)學(xué)等，還能為大規(guī)模實(shí)驗(yàn)研究提供足夠的數(shù)據(jù)支持。

類器官作為一個(gè)新的研究模型，有很多的優(yōu)點(diǎn)，但是仍然存在不足。類器官培養(yǎng)的一個(gè)重要的內(nèi)在限制是缺少間充質(zhì)結(jié)構(gòu)、血管和免疫細(xì)胞，因而應(yīng)該在類器官培養(yǎng)的基礎(chǔ)上，對共培養(yǎng)體系進(jìn)行探索。Workman 等[61]將小腸類器官與來源于人PSC的神經(jīng)嵴細(xì)胞進(jìn)行共培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)在小腸結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)了功能性神經(jīng)細(xì)胞的分布，表明共培養(yǎng)系統(tǒng)的可能性。還有學(xué)者將外周血淋巴細(xì)胞與腫瘤類器官共培養(yǎng)，獲得了具有腫瘤殺傷性的T細(xì)胞，可用于免疫治療[62]。

類器官培養(yǎng)的外在不足在于細(xì)胞外基質(zhì)的代替物，如基質(zhì)膠、基底膜提取物或胎牛血清中含有一些不確定的成分，可能影響藥物實(shí)驗(yàn)結(jié)果。有研究表明，加入血清不利于人胰類器官的長期生長[63]。Gjorevski 等[64]報(bào)道了一種合成基質(zhì)可代替鼠源性細(xì)胞外基質(zhì)代替物，進(jìn)行小腸類器官的培養(yǎng)。然而，這種合成基質(zhì)尚需改進(jìn)，以提高生產(chǎn)效率并適用于其他類器官。還有學(xué)者發(fā)明了水溶的WNT 拮抗藥物，可用于多種類器官的培養(yǎng)[65]，成為了WNT條件培養(yǎng)基的無血清替代物。

迄今為止，幾乎所有腫瘤類器官都是上皮來源的。僅有一篇文獻(xiàn)用原發(fā)性成膠質(zhì)細(xì)胞瘤培養(yǎng)類器官[66]，屬于非上皮來源腫瘤。目前的類器官培養(yǎng)方法能否用于其他非上皮來源的腫瘤尚待探索。

盡管類器官有上述不足，仍然是非常先進(jìn)的體外培養(yǎng)模型。類器官高效培養(yǎng)使其可以在臨床治療時(shí)間窗內(nèi)進(jìn)行個(gè)體化藥物篩選，進(jìn)而應(yīng)用于轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)和個(gè)體化治療。相信隨著類器官相關(guān)研究的深入和革新，類器官培養(yǎng)會在科學(xué)研究中扮演越來越重要的角色。