近年来，类器官成为医药领域最热门的词汇之一，一度被誉为医学领域里程碑式的革命性突破！

在科研领域，类器官以近十年50倍增长的发文数量引发众多研究者的探讨和关注；在药物研发领域，全球药企纷纷入场布局类器官研究，目前已有辉瑞、艾伯维、强生、罗氏、默沙东、诺华、BMS、赛诺菲等全球TOP20药企都在争相布局的这一未来领域。

与此同时，随着FDA批准了全球首个完全基于“类器官芯片”研究获得临床前数据的新药（NCT04658472）进入临床试验，也正式意味着“类器官芯片”实验首次取代了传统动物实验，并且正式被官方认可！那么就让我们一起来深入了解下类器官吧！

1.究竟什么是类器官？

我们可以将类器官通俗的理解为类似于器官的细胞组织。而准确地讲，类器官是由干细胞（多能干细胞，IPSc和成体干细胞，ASCs)分化而成的，在3D细胞外基质中生长的具有体内器官（部分）功能的复杂微组织。

类器官培养是目前炙手可热的体外三维培养技术，以干细胞或临床样本为来源，经过体外培养、定向分化，自组装为器官样结构的细胞群。相比于传统的 2D 细胞模型和 PDX 模型，它具有拟合度高、培养周期短、传代稳定、易自动化等优势，近年来被广泛应用于转化医学研究和药物筛选中。

那么类器官究竟是什么样子呢，我们可以一起看看下面这个视频：

虽然类器官看起来既不透明又神秘，但我们可以通过这段视频动画中的三维微型模型清晰地看到类器官的内部。

视频从模拟明视野环境开始，慢慢放大到球形的类器官，类器官嵌入凝胶基质中，背景中的纤维就是类器官。接着，视角平移到不同大小的有机体上，显示出它们表面凹凸不平的纹理。

从这里我们进入一个类器官，显示出横截面。画面切换到几种标记物的免疫荧光染色，如蓝色的CDX2、红色的蜕皮素和绿色的CK20。视频进一步放大，我们可以看到粉红色的Ki67和黄色的MUC5AC。

接下来，视频进一步进入质膜横截面，在这里，我们看到肿瘤抗原，如顶部的PD-L1和PD-l2，下面我们看到细胞内的信号分子，如RAS、FYN、SRC、PTEN等。

类器官能够在培养中长期扩增，同时保持表型和遗传稳定性。

目前已有描述患者来源的各种健康和癌症组织来源的原代类器官，包括结肠、小肠、胃、乳腺、食管、肺、肝、前列腺和胰腺。类器官是研究癌症的宝贵临床前模型，与现有的人类或非人类动物癌症模型相比具有许多优势。

类器官培养与连续细胞系的典型二维单层培养有显著差异。

研究结果表明，这些新一代体外模型适用于大规模生物生产。这对于确保这些模型在研究界的广泛可用性至关重要，以促进临床前药物发现和基础癌症研究等应用。

类器官发展历程(Claudia Corrò et al. Am J Physiol Cell Physiol, 2020)

2. 为何类器官备受研究者的关注？

为何近年来类器官成为科研热点，并一度被赞誉为具有革命性意义的医学里程碑式产物？

类器官的最大应用场景是药物测试和疾病研究。在过去，新药的研发常常面临伦理和安全的挑战，而类器官的应用能够模拟人体器官对药物的反应，为新药筛选提供更可靠的平台。

同时，研究人员可以通过类器官模型更好地理解疾病的发展机制，加速治疗方法的研究和创新。类器官组织不仅改变了癌症的研究规则，而且也成为了解药物毒性和开发个性化治疗的工具。这些人体器官组织的三维模型允许科学家对正常或患病组织进行临床前体外研究，是人类癌症模型倡议组织（Human Cancer Models Initiative，HCMI）的重点研究方向。

此外，类器官在形成类器官的细胞之间（类器官内异质性）、同一环境中的类器官之间以及个体患者之间（类细胞间异质性）表现出异质性和可变性。这种异质性有助于概括个体之间的差异，特别是在人类疾病的背景下的癌症研究中有价值，以模拟个性化医学的患者特定癌症发展。相似的是，类器官内的变化反映了组织细胞组成的复杂性。

类器官未来可能作为潜在的器官替代来源，解决器官捐赠短缺的问题。全球范围内，等待器官移植的患者人数不断增长，而供应却远远无法满足需求。类器官的出现有望为器官移植捐赠提供新的思路，为患者提供新的希望，减少等待时间，挽救更多的生命，是医学维度上极具价值的新突破方向。

类器官技术的组成部分Nature reviews methods primers

3. ATCC的类器官资源

ATCC与上文中提到的人类癌症模型倡议组织（HCMI）合作，为科学家提供了广泛的下一代3D患者来源的体外癌症模型，其中也包含类器官。目前，ATCC收藏的类器官产品包括大肠、胰腺、食管、胃、小肠、乳房、肝脏、肺、子宫、胆道、卵巢、脑、胆囊以及淋巴结等多种来源的产品。

相关产品也可以通过官网进行查询，具体链接如下：http://www.atcc.org/search#q=organoid&sort=relevancy&numberOfResults=24&f:Contenttype=[Products]

应用实例

已发表的文献中，研究人员用来自Illumina的一种能查询超过850,000个CpG位点的微阵列芯片 Epigenetic Infinium Methylation EPIC Bead Chip (EPIC)，对ATCC提供的25种人类癌症类器官（见表1）进行DNA甲基化状态做图景分析。

这篇文章提供了25种人类癌症类器官的表观遗传指纹特征，结果发现所研究的类器官能更好地保留原发组织的表观遗传背景，更接近相应原发肿瘤的DNA甲基化分布。

分析结果还表明这些类器官没有正常细胞的污染，很适合不受干扰的分析。所获得的DNA甲基化数据免费对所有人开放以便于进一步的数据挖掘。

这些肿瘤模型对生物医学研究界和制药公司开发抗癌药物非常有用。

表1 来自ATCC的25种人类癌症类器官信息

与此同时，为了简化类器官培养，ATCC还开发了类器官生长所需的试剂盒产品，该试剂盒由一次性添加剂组成，用于简化培养基的制备。

这些试剂盒包含最昂贵和最繁琐的添加剂和试剂，减少了制备培养基所需的时间和精力，并确保类器官的成功生长。

类器官试剂盒的使用也相当简单，您只需向试剂盒中包含的小瓶中添加适当体积的基础培养基，并充分混合即可。用移液管将重组试剂盒成分移到基础培养基中，并添加适当体积的条件培养基。

将这种混合物通过一个瓶盖过滤装置，就可以培养你的类器官啦！

目前，类器官研究正处于蓬勃发展的阶段。科学家们利用生物打印技术、干细胞研究以及生物材料的创新，不断改进类器官的构建和功能。例如，他们成功地培养出具有相似心脏功能的人工心脏，甚至在实验室中展示了能够实现肝脏解毒功能的类器官，种种实验都表明类器官正带领着医疗水平朝着更新更便捷的方式去发展！

虽然类器官仍然存在一些尚待改进的优化空间以及实际操作难题，但无论如何，类器官的出现标志着医学和科技的巨大进步。它们将推动人类的健康进化，为疾病治疗和器官移植提供新的可能性！

如果对类器官有更多的疑问或者想法，欢迎在评论区留言与我们互动讨论！

参考资料：

[1] 生物通---人类癌症类器官的甲基化图谱公开

[2]Michael Karl Melzer, Yazid Resheq, Fatemeh Navaee, Alexander Kleger. (2023) The application of pancreatic cancer organoids for novel drug discovery. Expert Opinion on Drug Discovery 18:4, pages 429-444.

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