小小类器官 承载移植梦

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小小类器官 承载移植梦
4 W* _  F. m& B0 j) @( O. y来源:科技日报 / 作者: / 2017-04-20
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实验室中利用干细胞培育出的“迷你大脑”（上）和类胃器官（下）。 图片来自网络; \# V' f" u* \  b. w1 Z9 Y8 x$ m: E
经过近 10 年的快速发展，科学家们已经能在实验室利用细胞培育、分化、自组装成各种类似人体组织的 3D 结构，制造出肝脏、胰脏、胃、心脏、肾脏甚至乳腺等在内的各种类器官。英国著名学术期刊《发育》杂志 3 月刊以专版形式，对类器官研究领域进行了全面回顾。1 N7 J; }, s6 Y0 u
《科学》杂志网站报道称，这些实验室类器官并不是各种细胞毫无规则地聚集，而是已经拥有类似真实器官的复杂结构，比如在显微镜下能观察到肾脏上的微细血管、大脑皮层或肠道内的褶皱。
$ N3 j' ?; W$ E/ C但这些类器官真的就是真实器官的“缩小版”吗？它们能用来在体外模拟疾病、测试新药并最终作为替代器官进行人体移植吗？1 Q- I+ D6 b+ x6 L' u* W/ W
尚无法完全复制体内真实情况
5 t" N7 w! L' y; ?- @; s, I这些由大量细胞簇聚而成的类器官，虽然在很多方面能模拟真实器官内部结构，但某些与真实器官功能和发育紧密相关的结构特性至今还无法拥有，如缺乏血管系统，这是人体器官生长发育中获取能量的重要结构。因此，目前为止，类器官还不能称为真实器官的“缩小版”，仍然是微型和简单的器官模型。
7 S& s6 u3 q. h" U. \. n& F一些谨慎的专家认为，类器官到底能在多大程度上模拟真实器官尚不清楚。一位使用迷你大脑研究寨卡病毒的美国约翰斯·霍普金斯大学神经学家认为，迄今为止，研究人员还无法赋予类器官免疫系统，因此，在筛选药物时，无法完全复制体内的真实情况。! |- O0 T& F, U, a
但与科学家长时间以来只能在实验室培育 2D 结构相比，3D 类器官向前迈出了一大步。现在，科研人员已经可以用它们模拟人类发育早期的器官形成过程，研究基因突变和传染病等对正常器官功能的影响。) r+ g% r5 \0 D7 r2 r$ S7 m8 D, z! `
用干细胞技术培育类器官
% |1 z0 K* F+ o- S目前，所有类器官都是用干细胞技术，通过精确模拟人体发育条件，在实验室让干细胞分化成各种不同类型细胞，自组装成器官的基本结构。这些干细胞主要来自诱导多能干细胞（iPS 细胞）和成人干细胞两种不同类别。) A0 F! W9 h5 Q+ q6 s9 C
诱导多能干细胞有的从人类胚胎分离而来，有些诱导体细胞发育而成，理论上讲，它们能分化成人体任何一种细胞。这些类器官能重现器官形成最初数周和数月的发育过程，帮助研究人员识别出发育过程中的各种差错，如导致肠道某些重要细胞缺乏的基因突变等。“你能在培养皿中亲眼目睹这种先天性缺陷的形成过程。”美国辛辛那提儿童医院发育生物学家詹姆斯·威尔斯说。
) d5 `/ P6 K# i+ U7 j; ]来自诱导多能干细胞的类器官，还能为神经科学研究提供发育模型。如研究人员借助类大脑，揭示了寨卡病毒拦截并杀死神经前体细胞的过程，从而掌握了该病毒减缓大脑发育、导致新生儿小头症的机制。
, u# v* D+ j, H) J' i7 }4 h还有一些类器官利用成体干细胞获得。虽然与诱导多能干细胞相比，来自这类干细胞的类器官结构更加简单，但仍然为器官研究提供了有力工具。通过这种方法获得的肝、胃、小肠和胰等类器官，能用来研究遗传差异对器官功能的影响，测试人体对新药的反应。. ~9 w- k5 w8 U/ q, I
移植人体还要再等 10 年5 C! r3 S0 w- y9 l3 T' s
目前，已经有一种类器官显示出在测试药物作用机理中的临床价值。荷兰干细胞生物学家汉斯·克莱夫斯和同事，利用从囊性纤维化患者身上提取小肠细胞，培育出小肠类器官，对福泰制药公司开发的一种新药进行了测试，发现新药能将小肠黏膜的盐和水的吸收功能，恢复到健康肠道一样的水平，且没有引起炎症反应。克莱夫斯表示，他们已经培育出 7 个小孩的类肠模型，并基于这些类肠器官的测试结果，为他们制定了最有效的个性化药物方案。8 f- T7 A; H$ j2 _* b
研究人员还希望，将类器官植入人体，用于修复受损器官。已有研究将微型肝脏和小肠植入小鼠体内，观察其发育情况；还有人使用实验室培育的迷你组织，治疗早产儿因感染导致的肠道损伤，并计划在患者腹部培养一个类肠道后，再接入体内肠道。
$ u. f* N5 s  V& c但因类器官研究和运用的标准化问题还有待解决。威尔斯表示，虽然 10 年前人类无法想象在实验室培育出如此众多的类器官，但类器官“住”进人体，实现人体移植运用，可能至少还需再等 10 年。- r+ |: F& }( g3 a' O