诺奖技术iPSC：类器官培育的香饽饽丨医麦新观察

本文由医麦客原创，欢迎分享，转载须授权

2020年6月7日/医麦客新闻 eMedClub News/--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。此类体外培养系统包括一个自我更新干细胞群，可分化为多个器官器官特异性的细胞类型，与对应的器官拥有类似的空间组织并能够重现对应器官的部分功能，从而提供一个高度生理相关系统。

含有成体干细胞的组织样本、单一成体干细胞或者通过多能干细胞的定向诱导分化都能够产生类器官。由于部分类器官模型系统特征是具有活性干细胞群的存在，类器官能够极大地实现扩增。这些细胞结构虽然不是真正意义上的人类器官，但能在结构和功能上模拟真实器官，在人类器官发育研究、疾病机制研究、药物筛选和器官修复材料等方面均有重要作用。因此，这些微型人造器官获得一个统一名称：类器官（organoids）。

在过去十年，干细胞研究领域取得的关键进展之一就是类器官体系的发展。

iPSC：类器官培育的香饽饽

目前，类器官技术在研究界的广泛应用虽然还处于起步阶段，但是作为一种工具，且随着类器官培养系统以及其实验开发技术的不断发展，类器官技术在各大研究领域都展现了极大的应用潜力，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。

类器官可用于疾病模型的建立，在精准医学中成为有价值的诊断工具，另外在基因编辑、细胞疗法、器官移植等方面也具有十分广阔的前景。因此，对于培育这种类器官的干细胞的开发显得尤为重要。

2006年，日本京都大学山中伸弥(ShinyaYamanaka)教授的团队发现只须将四个与干细胞特性相关的转录因子Oct3/4、Sox2、c-Myc以及Klf4(简称OSKM，也被称为「山中因子」)，通过逆转录病毒载体转入小鼠的成纤维细胞，即可诱导它们去分化成多能干细胞。

这种细胞被称为诱导多能干细胞(induced pluripotent stemcells, iPSCs)，它们在形态、基因和蛋白表达、表观遗传修饰状态、细胞倍增能力、类胚体和畸形瘤生成能力、分化能力等方面都与胚胎干细胞相似，同时又避开了胚胎干细胞的伦理问题，在疾病模拟、药物筛选和细胞治疗中有着巨大的应用前景，被人们视为细胞疗法的新希望。2012年，山中伸弥也因在iPSC领域的开创性研究分享了当年的诺贝尔生理学或医学奖。

iPSC理论上可以使用人体中所有类型的体细胞作为“原料”而来得到，其来源十分广泛，同时又具有早期胚胎干细胞的发育能力，在体外培养时通过构建合适的环境，如添加生长因子、设计生长基质等，模拟体内发育过程，理论上可分化成任何成体细胞与器官类型。基于这些显著的优势，iPSC成为培育类器官重要的细胞来源。

iPSC培育类器官的开发进展

2019年9月，科学家们首次利用诱导多能干细胞（iPSC）成功同时培育出了3种互相连接的类器官，包括肝脏、胰腺和胆管。这一突破性成果来自辛辛那提儿童医院Takanori Takebe博士的研究团队，并发表在Nature杂志。

▲图片来源：辛辛那提儿童医院、东京医科齿科大学

在2013年，Takebe和他的研究人员制造了一个“迷你肝脏”，这是首个利用iPSC制成的类器官。不足的是，尽管他们能够创建单个器官并将其移植到患者体内，但该器官无法充分发挥功能，也无法长时间工作。为了应对这个问题，研究小组着手从iPSC同时制造多个器官。

Takebe博士

2020年6月2日，匹兹堡大学医学院的研究人员公布了一项最新研究，使用iPSC创建了功能完备的人工微型肝脏，并移植到大鼠中存活了四天。相关成果发表发表在Cell Reports上，未来有望在肝功能衰竭患者的移植治疗中发挥重要作用。

该研究中，研究人员在不到一个月的时间内完成了肝脏培育，这些微型肝脏就像正常肝脏一样，会分泌胆汁酸和尿素，而在自然环境中肝脏成熟需要长达两年的时间。

类器官研究的挑战与展望

尽管随着类器官培养系统以及其实验开发技术的不断发展，类器官研究领域已经取得了非常显著的进展，该领域目前仍面临着诸多挑战。

一方面，一直以来，科学家们只能利用iPSC单独培育特定的细胞和器官，干细胞培养中的多器官整合是一项尚未解决的关键挑战。

另一方面，肿瘤研究是类器官应用的一个重要领域，已有研究团队已培养出多种原发性肿瘤如膀胱癌、胰腺癌、乳腺癌、卵巢癌、结肠癌等对应的类器官，这些类器官已经成为临床药物筛选和检测药物不良反应的重要模型。而对于肿瘤类器官而言，其培养技术复杂，不同组织甚至不同亚型需要不同的培养条件，更合理的培养方法仍需进一步研究。 此外，目前类器官仍不具备人体内的微环境，它缺少人体组织中必要的成分，如脉管系统和免疫系统等。

>>>> 聚焦类器官的企业

华龛生物：

北京华龛生物科技有限公司由清华大学医学院科研团队领衔创建，清华大学参股共建，核心技术源于清华大学的成果转化。公司基于自主知识产权的原创性3D微组织工程技术，推出了系列仿生3D细胞技术产品，专注于解决定制化、规模化、自动化、高质量的干细胞培养扩增工艺；致力于研发基于原位局部注射的干细胞3D微组织治疗新药；聚焦于开发3D细胞高通量药物筛选产品，为高校科研院所、 临床机构、干细胞企业及药物研发企业提供创新性的3D细胞技术产品与服务，推动干细胞应用领域与新药研发领域的快速发展。

推荐阅读：最新：华龛生物完成新一轮数千万元融资，3D微组织工程技术助力干细胞产业发展丨医麦猛爆料

吉妮欧生物：

广州吉妮欧生物科技有限公司，致力于“个体化精准医疗”服务的国家高新技术企业。公司拥有基础科研、精准治疗、药物评估CRO服务三大技术平台，其中以细胞及动物模型为核心的基础科研平台为整个公司多年来的基石。陆续建立与开发了PDX模型及3D类器官在抗肿瘤新药研发，临床个体化治疗中的应用。形成以大数据分析和机理研究为基础，满足各类新药筛选需求的活体样本资源库为平台，服务于患者精准诊疗为目的的完整生态圈。

2020年7月19日-21日，聚焦肿瘤免疫、新型抗体、干细胞再生医学、基因治疗等四个热门生物医药领域的2020 BPIT 生物药创新技术大会拟邀请国内多位著名专家分享iPSC在类器官、细胞治疗等多个领域的应用于研发进展。

届时，我们将相聚中国南京国际青年文化中心，共享这一学术盛宴！

点击上图查看大会日程

点击文末【阅读原文】注册报名

联系方式

电话：[phone]（参展）

电话：[phone]（参会）

邮箱：[e-mail](资料回执)

参考资料：

https://www.nature.com/articles/s41586-019-1598-0

https://www.miragenews.com/lab-grown-miniature-human-livers-transplanted-into-rats/

https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(20)30688-4?utm_source=miragenews&utm_medium=miragenews&utm_campaign=news

医麦客近期热门报道

点击“阅读原文”，注册报名！