陈根：从自组织到干细胞，类器官驶向未来

文/陈根
干细胞研究作为当前生物学研究的一个重要分支，帮助了人们更好地理解生命发生的各个维度。以干细胞为起点，细胞和细胞之间通过间质连接在一起形成细胞团，再由于细胞内基因的差异化表达，进而形成了各类器官和组织。基于此，干细胞研究进一步发展出类器官技术，为再生医学更添研究良策。
类器官可以在很大程度模拟目标组织或器官的遗传特征和表观特征，在器官发育、精准医疗、再生医学、药物筛选、基因编辑、疾病建模等领域都有广泛的应用前景。早在2013年，类器官就被《科学》杂志评为年度十大技术。此外，类器官还被《自然·方法》评为2017年度方法。
近年来，类器官技术发展迅猛，取得的成就令人振奋。回溯类器官技术的发展与展望类器官技术的未来，类器官正跨越多重障碍，驶向未来。

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从自组织到干细胞
类器官（Organoids），顾名思义，即指其类似于组织器官。
具体来说，类器官是在体外用3D培养技术对干细胞或器官祖细胞进行诱导分化形成的在结构和功能上都类似目标器官或组织的三维细胞复合体，其具有稳定的表型和遗传学特征，能够在体外长期培养，它在形成过程中再现了体内器官发生的两个事件，即同类细胞以黏附的方式分类聚集和空间特异性的细胞谱系定型。
与传统2D细胞培养模式相比， 3D培养的类器官包含多种细胞类型，突破了细胞间单纯的物理接触联系，形成了更加紧密的细胞间生物通信，细胞间相互影响、诱导、反馈，协作发育并形成具有功能的迷你器官或组织，能更好地用于模拟器官组织的发生过程及生理病理状态。因而，其在基础研究以及临床诊疗方面具有广阔的应用前景。
类器官的起源可以追溯到1907年。彼时， 44岁的美国贝克罗莱那大学教授威尔逊(H. V. Wilson)发现，通过机械分离的海绵(sponge)细胞可以重新聚集并自组织成为新的具有正常功能的海绵有机体，并于1910年发表他的研究结果。
尽管威尔逊可能也不会想到，当时的发现会成为未来类器官技术发展的源头。但不可否认，威尔逊的研究证明了成年的有机体在无需外界帮助、无需从特定的解剖学阶段开始，也具有完整的信息并可以成功发育成新的有机体。这为类器官的发展提供了可能。
1950年，一些实验室开始使用和威尔逊同样的方法，将组织剪碎后让其重新聚集并自组织，进而探究脊椎动物这样的高级动物是否同样可以进行自组装。其中，美国科学家阿伦·莫斯卡那就发现，破坏原有拓扑结构的鸡胚细胞团能够重新自组织成原有结构。其他科学家在两栖类动物中也得到了类似的结果。