陈根：从自组织到干细胞，类器官驶向未来( 二 )

这些实验结果暗含了类器官区别于其他2D或3D培养技术的特质——自组织(self-organization) 。自组织作为系统的整体秩序产生于原本无序的系统局部间的交流，物理中的相变、化学中的结晶、生物中的蛋白质分子折叠都属于自组织现象。对于类器官领域来说，自组织更是在细胞如何从任意的、非人为精准设计的状态发育成具有器官特征、基因和表型特点的类器官中扮演了重要作用。
如果说自组织为类器官的形成提供了路径，那么干细胞技术则是类器官技术发展的起点。随着多能干细胞的出现，人们发现体外干细胞可自我发育成畸胎瘤或类胚体（EB），而在畸胎瘤中科学家检测到了从不同组织来源的细胞。因此，类器官的培养开始从2D转为3D ，使得细胞的发育过程可以形成更加复杂的三维结构。
1987年开始，多个实验室成功的使用3D培养方法从干细胞构建了类似器官的培养物；2006年， Yaakov Nahmias和David Odde在体外将自我组织的vascular liver organoid成功培养了50天以上；2008年， Yoshiki Sasa的研究团队发现，干细胞可以自我组织成为神经球体，并在不同区间具有不同类型的细胞分层；
2009年， Hans Clever发现了肠道隐窝基底处的Lgr5阳性的细胞为肠上皮更新的关键——肠干细胞，揭开了类器官这个领域的新篇章；2020年9月，来自日本Lee J.等人甚至成功制作出可以自主搏动的心脏类器官。
目前， 3D类器官培养技术已经成功培养出大量具有部分关键生理结构和功能的类组织器官，比如肾、肝、肺、肠、脑、前列腺、胰腺和视网膜等，从自组织到干细胞，再发展至类器官技术，而近年来，类器官取得的成就更是令人振奋。

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类器官驶向未来
类器官打开了再生医学的新篇章。由于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。因此，类器官在器官发育、精准医疗、再生医学、药物筛选、基因编辑、疾病建模等领域都被寄予厚望。
通过使用患者的诱导性多能干细胞（iPSCs）可建立有价值的疾病模型，并能在体外模拟重现病人疾病模型。同时，类器官的建立可以实现对药物药效和毒性进行更有效、更真实的检测。类器官可以直接由人类iPSCs直接培养生成，相比于动物模型很大程度上避免了因动物和人类细胞间的差异而导致的检测结果不一致。
比如，对于肿瘤治疗来说，类器官就具有其强的优势。一方面，其可以从患者来源的健康和肿瘤组织样品中建立类器官。而类器官的培养和建立，则可用于研究肿瘤生成过程中的突变过程，通过从同一肿瘤的不同区域培养无性繁殖的类细胞器，可以用来研究肿瘤内部的异质性。