胰腺类器官技术的发展及应用

在人类生物学和疾病的研究过程中,动物模型扮演了重要的角色。但随着研究的深入,其局限性也逐渐凸显。新兴的人类类器官(organoid)技术较好地弥补了动物模型的不足。类器官主要是指由干细胞衍生出的3D多细胞微器官。它能在体外模拟组织器官自发的谱系分化与稳态维持,并具备类似于体内组织器官的生理功能。目前,类器官培养技术在很多器官(比如胃肠道、食管、肝、胆、脑和膀胱等)中都取得了较好的进展。胰腺是人体内唯一的一个既是外分泌腺又是内分泌腺的特殊脏器。因此,胰腺类器官技术的发展面临更大的挑战。目前,胰腺导管类器官和胰岛类器官技术日渐优化,但如何构建复合型胰腺类器官仍是当前研究的难点。该综述将主要回顾胰腺的发育过程、体外定向分化技术以及胰腺类器官模型构建与应用等最新研究成果,同时简要探讨胰腺类器官模型具有潜力的发展方向。     

类器官模型在前列腺研究中的应用

前列腺癌(prostate cancer,PCa)是欧美国家发病率第一的男性恶性肿瘤,其在中国的发病率呈逐年上升趋势。前列腺细胞命运调控机理的研究对前列腺疾病的诊断和治疗具有重要的意义,但是前列腺研究的细胞模型极其匮乏,严重影响了前列腺相关的基础和临床应用研究进展。近年来,类器官培养技术为干细胞和肿瘤研究领域带来了革命性的变化,同时也极大地推动了前列腺研究的进展。该综述概述了前列腺类器官培养技术在前列腺相关研究领域中的应用,讨论了该项技术的优势以及不足之处,并对该技术广阔的应用前景进行了展望。     

肝脏类器官芯片在生物医学中的研究进展

肝脏类器官芯片是一种基于三维培养并搭配微流控系统的特殊芯片。肝脏类器官可依托芯片技术，在体外构建出具有三维结构的人体肝脏生理微系统。该文概述了肝脏类器官芯片在生物医学领域的最新研究成果，归纳总结包括三维肝细胞芯片、肝血窦芯片和肝小叶芯片在内的不同类型的肝脏类器官芯片特点，分析肝脏类器官芯片领域发展面临的诸多机遇和挑战，展望了肝脏类器官芯片未来的发展方向。肝脏类器官芯片技术将为人类疾病和健康领域开创新的研究途径。     

心脏类器官

类器官是体外构建的一类由多种类型细胞组成的,与体内器官或组织高度相似的三维培养物,它能够模拟细胞所属器官的某些结构和生理功能。心血管疾病患病率及死亡率一直处于上升阶段,相关基础研究主要基于细胞和动物模型。心脏类器官是对传统心血管疾病模型的有效补充,在体外更真实和准确地反映人体心脏的生物学特性和功能,使其在疾病机制研究、药物开发、精准医疗和再生医学等领域具有广泛应用前景和独特优势。该文主要介绍了心脏类器官作为新一代疾病模型在心肌梗死、心力衰竭、遗传性心脏病和心律失常等方面的应用,并探讨了类器官技术未来的发展方向和面临的挑战。     

消化系统类器官研究进展

类器官是一种近年来新发展的细胞三维培养系统。类器官与真实器官的三维结构相似,并具有自我更新和再现组织来源等特点,从而能够更好地模拟真实器官的功能。类器官为研究器官发生、再生、疾病发病机制以及药物筛选提供了一个崭新的研究和应用平台。消化系统在人体内发挥着重要功能,目前已成功建立多种消化器官的类器官模型。本文就近年来味蕾、食管、胃、肝和小肠类器官的研究进展及相关应用进行综述,并对这几种类器官的应用前景进行展望。     

类器官在乳腺癌相关研究中的应用进展

乳腺癌是女性最常见的癌症,目前乳腺癌的研究主要借助体内模型和传统细胞培养方法,然而研究表明,由于人类和动物之间固有的物种差异,以及器官和细胞之间组织结构的差异,使用上述两种研究方法研制出的药物,在临床试验中失败率高达90%,因此,类器官三维培养应运而生。类器官是一种具有空间结构的三维细胞复合体,它作为一种新的肿瘤研究模型,在精准医疗、器官移植、建立难治疾病模型、基因治疗和药物研发等方向具有广阔的应用前景,是未来生命科学研究的理想载体之一。乳腺癌作为一种表型复杂的异质性疾病,其患者生存率较低,而乳腺癌类器官可以重现人类乳腺癌的许多关键特征,故构建乳腺癌类器官生物库,将会为研究乳腺癌的发生、发展、转移和耐药机制提供一个新的平台。文中将系统介绍类器官的培养条件及其在乳腺癌相关研究中的应用,并对类器官的应用前景进行展望。     

生物制造领域的机遇与挑战：发展类器官构建及培养的新技术

类器官构建及培养技术是近年来新兴的前沿性科学技术，该技术已经被广泛用到组织器官发育、疾病发病机制、药物开发和再生医学等领域的研究之中。干细胞及组织器官发育分化调控的研究成果为类器官构建及培养技术的建立提供了重要的信息。体外借助细胞外基质成分及细胞因子等构建出适宜于干细胞增殖、分化的三维微环境是类器官构建及培养技术的核心。在适宜的微环境中，干细胞及其分化的多种类型细胞可通过自组织形成与体内相应组织结构和功能相似的类器官。当前，多种类型的类器官构建及培养技术虽然得到广泛应用，但其技术体系仍具有操作的复杂性、产量的不确定性及获得的类器官结构和功能与体内组织存在较大差异性等难题。生物制造领域先进技术的引入推动了类器官技术的发展。本文将综述基质成分与细胞因子构建的三维微环境的研究进展，并讨论生物制造领域的先进技术在类器官构建与培养技术中的应用，例如微孔限定的培养技术可以控制类器官的生长发育，能用于制备大小均一及生物学特性相似的类器官；图案化技术使细胞按图案特征响应性地增殖与分化，可以精准控制类器官的生成；三维生物打印技术可以精确组装各类细胞，有助于构建具有复杂结构和区域特异性的类器官。类器官构建...     

类器官的构建与应用进展

类器官是在体外经由干细胞驱动的, 形成具有来源器官显微解剖特征的多细胞三维结构且能自我更新的微组织。类器官能分化产生器官特异性的多种细胞类型,能重现对应器官的部分功能和空间架构,它的诞生为生命医学研究和临床应用注入了新动能,在癌症基础与临床研究、再生医学等领域表现出广阔的应用前景。对近些年国内外类器官研究进展进行综述,介绍其构建过程与培养体系,并详细阐述其作为体外研究模型的优缺点,为基于类器官的科学研究与应用提供了参考。     

类器官的构建与应用进展

类器官是在体外经由干细胞驱动的, 形成具有来源器官显微解剖特征的多细胞三维结构且能自我更新的微组织。类器官能分化产生器官特异性的多种细胞类型,能重现对应器官的部分功能和空间架构,它的诞生为生命医学研究和临床应用注入了新动能,在癌症基础与临床研究、再生医学等领域表现出广阔的应用前景。对近些年国内外类器官研究进展进行综述,介绍其构建过程与培养体系,并详细阐述其作为体外研究模型的优缺点,为基于类器官的科学研究与应用提供了参考。     

胰岛类器官研究进展

类器官是将具有多向分化潜能的干细胞或组织细胞在特定环境下培养分化成为能够模拟原生器官结构和功能的三维结构。类器官在各种疾病模型研究及药物筛选中发挥至关重要的作用。近年来,通过体外诱导胰腺组织或多能干细胞分化形成具有胰岛细胞功能的胰岛类器官研究成为热点,为胰岛相关疾病模型、药物研究以及糖尿病的治疗提供了新的手段。本文针对胰岛类器官的体外诱导方法及应用前景作一综述。     

胸腺类器官培养及应用进展

胸腺是人体重要的免疫器官,是T细胞分化成熟的场所,受损后容易引发自身免疫性疾病甚至恶性肿瘤。多年来,研究人员主要通过T细胞体外单层培养系统探索T细胞的发育过程,揭示胸腺损伤和再生的机制。但单层培养系统既不能重现胸腺独特的三维上皮性网状结构,也无法充分提供造血干细胞定向分化为T细胞所需的细胞因子和生长因子。胸腺类器官技术利用具有干细胞潜能的细胞,在体外通过三维培养模拟胸腺的解剖结构和胸腺上皮细胞介导的信号通路,与体内胸腺微环境十分接近。在研究T细胞分化和发育、胸腺相关疾病、重建机体免疫功能以及细胞治疗等方面,胸腺类器官呈现出巨大潜力。文中系统介绍了胸腺类器官的培养方法,比较了培养所用支架的优缺点;同时探讨了胸腺类器官在疾病建模、肿瘤靶向治疗、再生医学和器官移植等领域的应用,并对其前景进行展望。     

类器官及其应用的研究进展

类器官弥补了传统研究中细胞简单模型与动物复杂模型的不足,为生命体关键功能研究提供了重要实验基础,已成为当前研究热点,并在疾病机理研究、药物筛选、再生医学、生物材料评价等方面具有重大理论意义和应用前景.本文对近10年类器官研究进行了综述,阐述出类器官研究的发展历程和研究现状,重点综述了类器官的主要研究领域,并解析类器官研究中存在的关键科学问题,为类器官在生物医药、再生医学和疾病精准治疗领域的研究和应用提供新思路.     

脑类器官技术的发展与应用

脑类器官是由多能干细胞在三维培养条件下,通过添加神经发育相关调控信号而分化产生的与脑的细胞组成、解剖结构相似,并可以体现出类脑的发育进程及生理、病理和药理等特征的细胞培养物,是迄今在体外研究人脑发育与相关疾病,并开展药物筛选的良好模型。伴随着技术发展,脑类器官在研究脑发育与疾病,不同脑区以及脑与其他组织/器官间的相互作用,脑进化等多个方面发挥重要作用。该文综述了脑类器官的发展历程,及其在探索脑发育、疾病模拟和药物筛选等方面的进展。     

肝脏类器官研究进展与应用

肝脏是人体重要的代谢器官,也是疾病高发器官。近年来,肝脏疾病发病率逐年上升,原发性肝癌已成为世界范围内癌症相关死亡的第二大病因。因此,深入了解肝脏生理机能,开发肝脏生理代谢及相关疾病致病机理研究的实验平台,寻找肝脏体外再生的新策略和方法,有望为肝脏疾病的发病机制研究、早期诊断和综合治疗提供新思路。该文主要围绕肝脏类器官的建立策略、主要应用和技术瓶颈等方面介绍肝脏类器官的最新研究进展,探讨其在解决肝脏研究领域若干重要科学问题的应用潜力。     

多能干细胞诱导分化为肾脏类器官的研究进展与挑战

用于分化为多种类型细胞的多能干细胞(PSC)体外培养技术已被广泛应用于生物学领域中。由PSC分化而来的肾脏类器官可基本还原生物体内肾脏的组织结构和部分功能,在肾脏疾病模型研究和药物筛选中有重要作用,继续改善肾脏类器官的结构、功能和成熟度将会对肾脏再生治疗提供极大的帮助。研究肾脏类器官的重点在于体外准确模拟体内肾脏的发育过程。本文着重归纳了近十年来对胚胎肾发育过程研究的重点,对肾脏类器官分化技术的几个关键方案进行总结、分析和比较,并探讨肾脏类器官在分化研究和应用中将面临的挑战。     

肠道类器官在肠疾病机制研究中的运用

肠道类器官由来自肠道的隐窝或干细胞在培养基质的三维（3D）支撑下构建形成,含有肠道的所有成熟细胞,已经成为研究肠道疾病机制全新且高效的平台。相较于二维（2D）细胞培养,肠道类器官不仅可以更加有效地模拟肠道的生理结构与功能,还可以在不同体外环境下更好地还原肠道的真实生态,因此在不同肠道疾病的发病机制研究中应用更为广泛。本文介绍了肠道类器官培养方式的新进展,综述了近年来肠道类器官在炎症性肠道疾病、结肠直肠癌和乳糜泻发病机制研究中的运用及进展,同时讨论了肠道类器官在药物研发与筛选方面的应用。     

卵巢癌类器官模型的构建与应用

该文详述了卵巢癌中病人来源的类器官(patient-derived organoids,PDOs)模型的构建及培养方式,以证实该实验方式具有可重复性与较高的性价比。分析药物筛选结果与临床药物反应性,旨在证明该模型对临床治疗的价值。同时,为扩展类器官模型的应用范围,采用了DNA损伤相关的彗星实验、DNA fiber实验以及免疫荧光、蛋白电泳等实验技术,探索以该模型为基础的各项实验技术的可行性。结果表明,PDOs模型中的药物筛选结果可以模拟临床病人对药物的反应性,铂类化疗治疗效果与PDOs模型中的药物敏感性具有显著相关性。除常规使用的化疗药物以外,也可以通过该模型的药物筛选摸索病人治疗的最佳用药方式,并推动未进入临床的新药的研发。     

类器官组织在感染性疾病研究中的应用

类器官(organoid)是体外3D培养组织干细胞所形成的多功能细胞团,具有自身增殖和多向分化的能力,在空间和结构上与来源器官组织的基因、结构和功能相似,可用于模拟体内组织细胞生长、分化及器官形成过程,在药物筛选与评价、生物医学材料及组织工程等方面具有重要的应用潜能。当前在感染性疾病研究方面,越来越多数据表明不同类器官组织可用于在体外模拟病原入侵和引发疾病过程。鉴于此,本文对类器官组织在病原感染相关疾病模型上的研究进展及其应用前景进行综述。     

类器官在发育与再生中的研究进展

类器官(organoid)作为体外模拟器官结构和功能的三维培养体系,已经广泛应用于发育研究、疾病建模和药物筛选。类器官在再生医学中具有重要的应用前景。胚胎干细胞、诱导多能性干细胞和多组织成体干/祖细胞来源的类器官再现了发育分化、稳态自我更新和组织损伤再生过程,为揭示发育和再生调控机制、明确生理病理进程提供了可能。近年来,多细胞类型的新型培养模式和单细胞测序等技术的应用促进了类器官的发展。该文总结了类器官在发育与再生中的最新研究成果,并就前沿技术在类器官研究中的应用进行了综述与展望。     

类器官的研究进展及应用

随着人类生物学研究的不断深入,需建立新的模型系统为研究提供了有力的工具。虽然传统的研究模型已被广泛应用,但难以准确反映组织、器官在机体中的生理现象。类器官 (Organoid) 是来源于干细胞或器官祖细胞的三维细胞聚集体,可分化和自组织形成具有人体相应器官的部分特定功能和结构。由于类器官具有人源性,可模拟器官发育和形成,在体外长期扩增中具有基因组稳定性,并能够形成活体生物库进行高通量筛选等优势,成为近年来备受关注的体外模型。目前,利用类器官模型结合新兴的基因编辑、器官芯片、单细胞RNA测序技术等,能够突破传统模型的瓶颈,在器官水平上为疾病模型的建立、药物研发、精准医疗以及再生医学等提供有价值的信息。文中就类器官分类及特性、研究应用、与其他技术结合应用及展望这4个方面进行综述。