类器官在再生医学中的应用

类器官是干细胞在体外基质材料支撑条件下培养出来的一种三维微器官,与来源组织器官高度相似。类器官技术为基础研究、药物筛选、再生医学等领域提供了一个新的强大的研究模型和技术手段。再生医学的目的是帮助组织或器官恢复其正常的生理功能,通过与组织工程或基因工程相结合,类器官为再生医学提供了新的移植物来源。该文将介绍类器官在再生医学中的应用,并讨论该领域发展过程中所面临的主要挑战。     

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...     

细胞三维培养：组织工程的关键技术突破口

组织工程是有望从根本上解决组织,器官缺损或失能的医学难题的一门新兴边缘学科,组织,器官发育的细胞和分子机制的进一步揭示和体外构建工程组织,器官的细胞培养技术的进步将使组织工程在新的千年成为广泛应用的新的治疗模式。细胞三维培养要成为体外构建工程组织,器官的成熟技术体系需先解决以下问题;（1）细胞;（2）生物材料;（3）培养基;（4）培养装置;（5）异型细胞的共培养;（6）细胞三维培养物血管化。     

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。     

类器官芯片

类器官芯片是一种新兴前沿交叉技术,它通过整合类器官与器官芯片,可在体外构筑具有高度生理关联性的器官模型系统,在组织器官发育、疾病研究、药物筛选和再生医学等领域具有重要的应用潜力.本文概述了类器官芯片的产生、技术特点及研究进展,并对其未来发展和面临的挑战进行了展望.     

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...     

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。     

骨类器官的构建及应用进展

骨骼疾病如骨质疏松、骨关节炎等已成为重要的人类健康问题,需要更深入地了解相关疾病的发病机制并开发更有效的治疗方法。由于2D细胞培养和动物实验等常规研究方法的局限性,近年来发展的类器官技术受到了极大关注。类器官作为干细胞衍生的自组织3D细胞簇,可以在体外更真实地模拟组织器官的复杂结构和生物功能。目前间充质干细胞、多能干细胞等衍生的骨类器官已逐步建立,不仅为疾病建模、药物筛选和生理病理基础研究提供了良好平台,还有望为骨缺损修复带来新希望。现对不同骨类器官模型的构建及主要应用进行概述,同时讨论了骨类器官培养面临的挑战,并对其未来发展进行展望,为构建结构功能更完善的骨类器官并将其应用于生物医学研究提供参考。     

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...     

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。     

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...     

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、...     

胰岛类器官研究进展

糖尿病被列为对人类健康威胁最大的三类疾病之一,是全球重点关注的公共卫生问题.目前的药物治疗无法从根源上恢复血糖的自主调节.异体胰岛移植能够有效控制糖尿病患者的血糖,但由于尸体胰岛的来源有限,如何在体外获得大量胰岛素分泌细胞是糖尿病移植治疗的关键.近年来,类器官(organoid)培养技术日益发展,给再生医学研究和疾病治疗带来了新思路.胰岛类器官不仅为探究胰岛发育、糖尿病发病机制和治疗策略提供了体外模型,也为糖尿病的细胞治疗提供了新的细胞来源.本文综述了胚胎干细胞、诱导性多能干细胞、转分化细胞和成体干细胞等不同来源的胰岛类器官的研究进展,并探讨如何优化胰岛类器官的培养条件以助力糖尿病的研究与治疗.     

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。     

小鼠小肠类器官体外培养体系的建立与应用

目的建立一种研究肠上皮细胞的体外模型—小肠类器官培养体系,探索其相关病理检测技术方法,为肠道相关疾病的体外研究提供便利平台。方法将小鼠肠上皮隐窝分离并培养成小肠类器官,体外模拟肠上皮的生长发育过程。通过制作石蜡切片,探索应用免疫组化技术以及基于基质胶中类器官三维水平免疫荧光技术对相应的增殖与分化信号进行检测。结果探索并建立了小肠类器官体外培养体系,应用石蜡切片免疫组化技术与三维水平免疫荧光技术能够准确检测小肠上皮结构的生长发育状态。结论小肠类器官体外培养体系的建立与免疫检测技术的应用,将逐渐使其成为人们研究肠道相关疾病最为有利的技术手段。     

肠道类器官在精准医学中的应用

类器官3D培养是一种新兴的用来研究组织成体干细胞生长、分化、器官形成的体外研究系统.目前,肠道类器官的3D培养是将分离的肠道隐窝或干细胞植入含有多种生长因子的基质胶中,在基质3D支撑下生成具有肠道上皮样结构的微型空心球体,这些球体被称为肠道类器官.该类器官包含有所有种类的肠道功能上皮细胞,能最大程度模拟肠道组织,故也称之为"迷你肠".结直肠肿瘤细胞也可以利用该3D体系培养得到肿瘤类器官.这些肠道类器官可被广泛应用于炎症性肠病、肠道损伤再生、肠癌等多种肠道疾病的研究.本综述讨论了关于肠道干细胞的最新研究进展,正常类器官和肿瘤类器官的培养,同时还将探讨类器官在疾病建模和组织再生、基因修复、肿瘤个性化治疗等精准医学方面的应用.     

干细胞与再生医学

多能干细胞(PSCs)具有发育的多潜能性,可以分化为机体各种细胞类型,是再生医学领域进行细胞替代治疗以及组织/器官再生的基础.如何由终末分化的体细胞重编程获得病人特异的PSCs,是再生医学领域的核心问题之一,目前主要采取两种重编程策略:借助核移植技术由早期胚胎体外建系获得,或通过诱导重编程技术获得.本文将综述不同多能性等级PSCs的获得方法以及其在多能性机制研究中的应用,并讨论PSCs通过异种嵌合实现组织/器官再造的潜在应用价值.PSCs的研究不仅推动了基础生物学研究的发展,同时也为再生医学走向临床开辟了道路.     

肝脏类器官的研究进展及应用

生物医药研究主要依赖动物模型及人源细胞系,但是这些研究系统往往不能模拟人类个体发育过程、疾病发生机制和药物反应,因此在向临床转化方面遇到极大的困难.类器官是能模拟体内器官结构和功能特征的体外3D细胞簇.本文按照肝脏类器官从简单到复杂的顺序,讨论了成体干细胞来源和多能干细胞分化的多种肝脏类器官模型,同时概括了肝脏类器官在疾病建模、药物反应、毒性测试及再生医学等方面的应用.     

肝脏类器官的应用

在中国,肝病是因病死亡的主要原因之一.揭示肝脏疾病的发生发展机制,发现新的治疗靶点,以及建立医学治疗新方法,是关乎国计民生的重大课题.目前对于人类肝脏疾病的研究主要依赖于细胞系与动物模型,但是二维(two-dimensional, 2D)培养的细胞系缺少组织三维(three-dimensional, 3D)结构,而物种差异又限制了利用动物模型对人类肝脏疾病的进一步认识.类器官是一种新的体外培养系统,利用人类细胞构建的类器官体一方面能模拟体内器官的结构,另一方面体现了人类组织器官的功能,从而提供了新的研究模型.最近,肝脏类器官体技术也得到建立与发展,加深了人们对于肝脏疾病的认识,促进了药物靶点的研究,并催生了一些治疗方案的开发.本文将就肝脏类器官的疾病模拟和治疗应用进行综述.