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类器官的应用有哪些?

更新时间:2023-08-01 09:56:05       点击次数:792

类器官作为一个新兴的技术,在科学研究领域潜力巨大,包括发育生物学、疾病病理学、细胞生物学、再生机制、精准医疗以及药物毒性和药效试验。类器官培养使研究人体发育提供了不受伦理限制的平台,为药物筛选提供了新的平台,也是对现有2D培养方法和动物模型系统的高信息量的互补 。此外,类器官为获取更接近自然人体发育细胞用于细胞治疗成为可能。


通过类器官繁殖的干细胞群取代受损或者患病的组织,类器官提供自体和同种异体细胞疗法的可行性,未来这一技术在再生医学领域也拥有巨大的潜力。使用这项技术,采用CRISPR/Cas9能够纠正体外遗传异常并能够将健康的转基因细胞再次回输入患者体内,并在后期整合入组织内。在精准医学应用中,患者衍生的类器官也被证明为有价值的诊断工具。在进行治疗之前,采用从患者样本来源的类器官筛查患者体外药物反应,旨在为癌症和囊胞性纤维症患者的护理提供指导并预测治疗结果。随着类器官培养系统以及其实验开发技术的不断发展,类器官应用到了各大研究领域。


1、通过类器官对发育和疾病进行建模

研究人员可以通过类器官来模拟人类发育和疾病,因为类器官是从人类干细胞或成年细胞产生的诱导性多能干细胞生长而来的,它们的成分和结构也与原发组织相似,并且易于操作和冷冻保存。这意味着类器官可以用于研究源自干细胞的人体组织且难以通过动物模型模拟的人类疾病分析,研究人员仅需少量的起始物质即可培养类器官。

因其与对应的器官拥有类似的空间组织、保持一些关键特性并能够重现部分生理功能,而被认为是检测人类生物学和疾病方面的新模型。相较于细胞系、基因工程鼠和人源化异种移植鼠(patient-derived xenografts, PDX)这些传统的研究模型,类器官模型(鼠源类器官mouse-derived organoids, MDO和人源类器官patient-derived organoids, PDO)不但能够取自正常组织和组织癌变过程中各个阶段的肿瘤组织,而且其培养体系简单易操作,时间和金钱成本较低,且具有较高效率,因而得到广大研究人员的亲赖,被Nature Methods评为2017年生命科学领域年度技术。


2、干细胞类器官工程

干细胞生物工程技术的进步提高了控制细胞类型,组织和相互作用的能力,而类器官工程正需要通过直接修饰干细胞或控制微环境来操纵每个结构层。现在,科学家已经开发了更精确的合成环境,通过用信号蛋白修饰基质的生物惰性区域,可以更好地控制干细胞的活性。类器官工程技术对于一些体内环境成分复杂、需要精确建模的发育研究特别有用。


3、类器官与精准医疗

类器官技术正在成为个体化治疗的工具,运用类器官技术进行个体化治疗是指,通过体外对类器官进行药物筛选和基因型分析,制定适合这个个体的治疗药物和方法。截至到目前,不同肿瘤PDOs对传统和正在研发的药物所产生的反应是各种各样的。对目前有限的资源研究发现,大部分PDOs所展现的治疗反应和相对应的病人刚开始对治疗的反应是一致的。PDOs也可以用于针对被动或获得性耐受开发新的药物。更重要的是,PDOs对具有细胞毒性的药物敏感性较强,因而可以更好的预测病人使用后的临床反应。接下来,研究人员对大量个体PDOs的药物反应数据进行整合分析,找出共同特征,进而对一类相似病人进行生物标记物开发研究。

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