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全球頂級藥企紛紛入局，類器官技術引領新一代基礎醫學研究革命

健康知識養生常識

人類從誕生之初就在不停探索生命的奧義 。 但直到19世紀 ， 科學家們才開始使用動物實驗對神經和消化等系統進行大量生理研究 。 非人生命單位終于替代活人成為生命科學的理論基礎實驗對象 。 之后的上百年間 ， 細胞模型、動物模型成為疾病建模、藥物篩選與研發的研究基礎 。
但是 ， 隨著生命科學的發展 ， 傳統的細胞模型和PDX模型擬合度低、培養周期長、傳代不穩定、不易自動化等問題日益突出 。 在制藥領域 ， 由于上述問題 ， 大量罕見病、神經性疾病由于無法搭建動物模型來模擬這些疾病而無法開發藥物 。 即使可以開發的藥物也存在藥物研發經費高 ， 研發周期長 ， 研發失敗率高等問題 。
據統計 ， 近年來開發一款新藥的平均成本高達約20億美元 ， 研發周期平均為6至7年 。 此外 ， 進入臨床開發階段的新藥失敗率仍近90% 。 因此 ， 制藥領域急需一種新的模型解決上述的藥物研發窘境 。
類器官的出現 ， 為更高效、精準的生命科學研究帶來了希望 。
類器官的誕生及其發展
類器官是一種微觀的自組織三維結構組織類似物 ， 其可以利用體外干細胞或多能干細胞進行培育 。 盡管類器官并不是真正意義上的人體器官 ， 但可以高度模擬體內器官的許多結構和功能 。 并且 ， 鑒于類器官可以在很大程度模擬目標組織或器官的遺傳特征和表觀特征 ， 在器官發育、精準醫療、再生醫學、藥物篩選、基因編輯、疾病建模等領域都有廣泛的應用前景 。 2013年 ， 類器官被《科學》雜志評為年度十大技術 。 2018年初 ， 類器官被評《自然·方法》評為2017年生命科學領域年度技術 。
類器官的起源可以追溯到1907年 ， 美國貝克羅萊那大學教授威爾遜通過機械分離海綿細胞并將其重新聚集并自組織成為新的具有正常功能的海綿有機體 。 這一發現為類器官模型的搭建建立了基礎 。 此后隨著干細胞技術的發展絕大多數類型的非腫瘤來源的人源類器官均可由MSCs或iPSC發育而來 。
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近年來類器官發展的歷程
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AmJPhysiolCellPhysiol
類器官的應用
通過培養從胚胎或成體干細胞中分離的細胞定向分化后成為的類器官 ， 其復制它們所衍生器官的基本表觀態 ， 為科學家在接近生理環境的環境中進行疾病建模提供了條件 。 并且隨著技術的進步 ， 科學家可以從患有癌癥的人體內提取腫瘤組織進行培養 ， 用來產生無限增殖的類器官 ， 為患者提供特定的藥物測試和制定個性化的治療方案 。
基于CRISPR的基因修飾允許通過對正常類器官引入任何癌癥基因改變組合來設計癌癥類器官模型 。 當與免疫細胞和成纖維細胞結合時 ， 腫瘤類器官成為癌癥微環境的模型 ， 使免疫腫瘤學應用成為可能 。
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NewTechnologyofTumorDiagnosisandTreatment—Review
另一方面 ， 類器官還可以在芯片上進行保存、復蘇、無限傳遞和機械培養 ， 用于藥物篩選 。 許多影響人類的致病病毒表現出物種特異性 ， 對新型病毒生物學的理解很大程度上依賴于允許病毒復制的體外模型 。 例如類器官被應用于COVID-19的研究 ， 彌補了細胞系和體內動物模型在基礎研究方面的弱點 。
目前3D類器官培養技術已經成功培養出大量具有部分關鍵生理結構和功能的類組織器官 ， 比如：腎、肝、肺、腸、腦、前列腺、胰腺和視網膜等 ， 在基礎研究以及臨床診療方面具有廣闊的應用前景 。