全球首例类器官移植成功实施，干细胞开启类器官新时代

2024-03-27

深度聚焦类器官与3D培养论坛，OTC2024论坛合作详询：王晨 180 1628 8769作为干细胞领域的重大突破之一，类器官技术备受医学科研领域的关注，技术问世至今短短13年，技术迅速发展，相关论文呈爆炸式增长，甚至被预测为下一个诺奖。近日日本传出重磅消息，全球首例类器官移植成功实施，这会是一个崭新的再生医疗时代的开启吗？今天带大家走进干细胞与类器官的世界。众所周知，干细胞具有多向分化及自我更新潜能，在特定的环境下，可以被定向诱导为人体多种细胞，包括心肌细胞、成骨细胞、神经细胞等等，是培育类器官(Organoids)的理想来源。类器官是指利用干细胞进行体外三维培养而形成的细胞簇，包含其代表器官的一些关键特性。尽管类器官并不是真正意义上的人体器官，但能在结构和功能上模拟真实器官，能够最大程度地模拟体内组织结构及功能并能够长期稳定传代培养。发展历程上世纪八十年代，“organoid（类器官）”一词就被提出。2009年，荷兰Hubrecht研究所Hans Clevers团队成功将Lgr5+肠道干细胞在体外培养成小肠类器官（small-intestinal organoids），具有小肠的隐窝和绒毛结构。2013年，来自日本、德国、美国的科研人员分别构建出肝芽、迷你肾和微型大脑，使该领域获得国际的广泛关注。同年，类器官被Science 评为年度十大技术。2018年初，类器官被Nature Method评为2017年度最佳技术，并给出评价：利用干细胞直接诱导生成三维组织模型，为人类生物学研究提供了强大的方法。2019年，全球三大顶级神刊CNS（CELL《细胞》、Nature《自然》、Science《科学》）不约而同地推出了关于类器官技术的特刊。目前，干细胞已成功构建多种具有部分关键生理结构和功能的脏器类器官，其中包括视网膜、小肠、胃、大脑、肝脏、胰腺、肾脏、心脏等，不仅有正常器官组织类器官，还有相应肿瘤组织类器官。不同种类类器官形貌图. (a）小肠类器官形貌图.（b）结肠类器官形貌图.（c）食管类器官形貌图.（d）胃类器官形貌图.（e）肝脏类器官形貌图.（f）胰腺类器官形貌图.（g）肺类器官形貌图.（h）乳腺类器官形貌图.（i）肾类器官形貌图.（j）脑类器官形貌图应用前景干细胞衍生类器官技术在基础研究和临床诊疗研究中拥有广阔的应用前景，包括发育生物学、疾病病理学、细胞生物学、精准医学以及药物毒性和疗效测试。1.疾病模型研究干细胞衍生类器官，本质上是患者实际组织的分身，可以在体外模拟重现疾病模型，探索疾病机制。例如，Jiang团队通过培养唐氏综合征患者的脑类器官，发现21号染色体上OLIG的过表达会导致中间神经元的过度产生，表明唐氏综合征导致的神经发育异常有可能是过量的中间神经元导致的。2. 新药开发与筛选一般来说，新药的创制需要经过药物靶点选择、先导化合物鉴定、候选药物选择、动物安全性和有效性评价、人体临床试验等一系列过程。然而，动物模型与人体差距较大，而类器官更接近人体，可以起到重要的补充作用。目前为止，类器官已被用于治疗结肠癌和囊性纤维化等疾病的药物筛选。3. 个性化精准治疗将类器官应用于临床，指导临床用药和精准治疗是近期类器官技术的主要发展方向。以肿瘤为例，病人直接试药耗时长、风险大且过程痛苦，特别是缺乏有效药物只能通过化疗的肿瘤患者，难以及时找到有效解决方案。而类器官可代替病人试药，实现精准治疗。4. 再生医学干细胞衍生类器官，与胚胎干细胞相比能够避开伦理问题，同时因其取自患者自身，不易产生排异反应，是理想的移植器官来源。研究表明将体外扩增的类器官移植到动物中以替换受损或患病的组织具有可行性，为自体或异体细胞治疗提供了可能性。应用案例2022年7月7日，日本东京医科齿科大学研究团队宣布实施了干细胞衍生类器官移植人体的临床研究，他们对一例难治性溃疡性大肠炎患者移植了使用患者自身健康的肠道黏膜干细胞培养的类器官。这种再生医疗的尝试属于世界首创，同时这项干细胞衍生类器官移植试验的安全性将在未来一年内得到验证。研究团队用内窥镜采集患者正常的大肠黏膜（包含干细胞等众多细胞），然后培养约1个月，构建了直径0.1～0.2毫米的“类器官”。图源：共同社/东京医科齿科大学团队用大肠黏膜培养制作的细胞块的显微镜照片随后研究者将“类器官”移植到患者大肠病患处，再覆盖上可在人体内降解的薄膜加以固定，力图用患者自身的组织来修复受损黏膜。整个过程无需进行开腹手术。据悉，“类器官”移植是在7月5日实施的，目前患者状况良好。团队成员、东京医科齿科大学副校长渡边守还表示：“预计投入1次就能修复患处。”研究团队计划在今后一年半中，将为7例现有药物难以起效的患者实施移植手术，并与以往药物一起实施治疗，以进一步确认此项新兴技术的有效性及安全性。如若进展顺利，那么不仅意味着溃疡性大肠炎可能被彻底治愈，还有望推动主要在消化道出现慢性炎症的难治性疾病——“克罗恩病”的治疗总结：作为一项正式诞生至今仅13年的前沿技术，干细胞衍生类器官技术的广泛应用仍处于起步阶段，但已经展出了治疗顽疾的潜力。相信随着干细胞及类器官研究的不断深入和技术的不断成熟，干细胞衍生的类器官将在转化医学和临床个体化治疗上扮演越来越重要的角色。名词解释什么是类器官定义类器官属于三维（3D）细胞培养物，包含其代表器官的一些关键特性。类器官的作用是什么作用类器官能够重现原始器官的结构和功能，模拟人体内的微环境和信号传导，提高实验的可靠性和准确性END深度聚焦类器官与3D培养论坛，OTC2024论坛合作详询：王晨 180 1628 8769