类器官技术“爆红”的背后，是“赶时髦”科研还是有“真材实料”呢？
类器官不是器官
一直以来，“类器官”一词被宽泛地用于所有来源于原代组织(组织亚基或单细胞)、胚胎干细胞(ESCs)和诱导多能干细胞(iPSCs)、已建立的细胞系以及完整或分段器官(如由多种组织类型组成的器官外植体)的三维(3D)器官型培养。
我们可以这样理解，类器官是完全由原代组织、ESCs或iPSCs衍生而来的体外3D细胞簇，它们具有自我更新和自组织能力，并表现出与起源组织相似的器官功能。
“爆红”绝非偶然
其实，3D类器官培养是在上个世纪建立和发展起来的。早在年，Wilson等人首次表明，分离的海绵细胞能够自组织再生成整个生物体。年，HansClevers和同事在肠道类器官培养系统中取得突破性进展，开启了类器官技术的发展“新纪元”。
目前，已有方法可以构建肝脏、结肠、肠道、肾脏、肺、前列腺、胰腺、胃、大脑皮层和视网膜等多种组织的类器官。体外类器官模型是一项重大的技术突破，它为研究组织发育、疾病建模、药物筛选、个性化医学和细胞治疗提供了一个强大的工具。
图1.类器官技术的多样化应用[2]
■与传统细胞培养及动物模型对比，其秀在何处？
1)与传统的体外培养不同，类器官在组成和结构上与原代组织(Primarytissue)相似：包含了少量基因组稳定、自我更新的干细胞，这些子代的细胞谱系与活组织的主要细胞谱系相似；
2)类器官可以快速扩增、冷冻保存，且能应用于高通量分析；
3)原发组织来源的类器官缺乏间充质/间质，为研究感兴趣的组织类型提供了一种简化的途径，而不受局部微环境的干扰；
4)类器官是传统2D培养和体内小鼠模型之间的重要桥梁，因为它们比单层培养模型更具有生理相关性，而且比体内模型更易于操纵生态位成分、信号通路和基因组编辑。
图2.建立小鼠可再生的肾类器官应用于肾*性剂量定量筛选[12]文中所用Noggin,R-spondin1,SB,CHIR,FGF-4,FGF-basic源自MCE。
在药物筛选(Drugscreening)中，2D培养缺乏组织结构和复杂性，这可能是药物筛选结果多次不能重现体内环境的原因，而患者来源的类器官(PDO)高度概括了肿瘤来源的特征，具有更高的敏感性、异质性和稳定性，与传统的患者来源的癌细胞系(PDC)模型和人源肿瘤异种移植(PDX)模型相比，具有无可比拟的优势(如图3)。
图3.建立大肠癌患者源性类器官体外肿瘤模型[13]文中所用Noggin,R-spondin1,FGF-basic源自MCE。
此外，癌症类器官还可以在芯片上进行保存、复苏、无限传递和机械培养，用于药物筛选。许多影响人类的致病病*表现出物种特异性，对新型病*生物学的理解很大程度上依赖于允许病*复制的体外模型，近期，类器官被用于COVID-19的研究，弥合了细胞系和体内动物模型之间的差距。
这么多优点，应用这么广泛，类器官技术这把火恐怕还不够旺?！
图4.类器官培养与2D细胞培养及动物实验研究的比较[5]
培养基中的“魔法”
类器官可以由两种类型的细胞生成：1)多能干细胞(PSC)，例如胚胎干细胞(ESC)和诱导多能干细胞(iPSC)；2)器官限制性成体干细胞(ASC)。在适当的条件下，用细胞外基质培养，如Matrigel，辅以各种生长因子，促进干细胞增殖与分化，并自组织成功能性3D结构。
各种组织的类器官的培养方法是类似的，可以简单得概括为：
1)类器官可以从原代组织中产生，把原生组织被分解成含有干细胞的功能性亚组织单元，再进一步消化成单个细胞并进行流式细胞分选以富集干细胞。源自ESC和iPSC的类器官向所需的胚系进行定向分化，最终聚集产生浮动的球状体，随后被嵌入细胞外基质开始类器官培养（如图5）。
图5.从ASCs生成类器官的方法示意图[14]将小肠组织切成几块(隐窝分离出来可做备选)。将小块组织与诸如胶原酶等在37℃下孵育，形成细胞悬浮液。将单细胞接种在Matrigel中，并在含有特定组织生长因子的培养基中生长。
2)可操纵的培养系统实现定向分化：类器官通常在细胞外基质(ECM)中进行培养，ECM周围是补充了类器官类型特定的生态位(Niche)因子的培养基。常见的Niche和ECM因子包括了R-spondin、EGF、Noggin、ActivinA、Collagen等。
3)干细胞在类器官中保持并长存，即保持“干性”，并且不断产生分化的多种细胞类型子代，这些细胞类型自组织成功能性3D结构。另外，3D类器官可以解离，并镀到涂有基底膜基质(MG)或胶原蛋白(collagen)的膜支持物上，形成2D单层类器官模型。
图6.原代组织和ESCs/iPSCs产生和培养类器官[6]类器官可自发地分化，或通过添加适当的分化因子和/或撤除促进干细胞特性的因子，以诱导分化得到所需的谱系或细胞类型。
类器官的培养离不开诱导细胞分化的细胞因子，MCE提供各种类器官培养用细胞因子，高活性、高纯度、低内*素！此外，类器官培养所需小分子小M也一并贴心奉上~~向培养基中加入神奇“魔法”，收获强大的研究工具！
细胞因子
HumanEGF
上皮组织生长因子；EGF与EGF受体结合，诱导增生性变化。
胃肠道、肝脏、甲状腺、脑等类器官培养所需因子。
HumanFGF-2/4/9/10
FGFs在早期发育中对中胚层诱导、肢体发育、神经诱导和神经发育有重要作用。在成熟组织中，FGFs对血管生成、角质形成细胞组织和伤口愈合过程至关重要。
例如FGF-basic(FGF-2)、FGF-10是常见的类器官培养Niche因子，如肝脏类器官、前列腺类器官。
HumanHGF
HGF/Met信号通路促进肿瘤的生长、侵袭和迁移。
HGF可充当肝细胞的有丝分裂原，用于肝类器官培养。
HumanWnt3a
Wnt参与调节细胞发育、增殖、分化、粘附、极性、细胞-细胞通信、生存和自我更新功能。
Wnt3a在类器官的扩展能力中起着重要的作用，是最常用培养因子之一。
HumanBMP-4
BMP在胚胎发生、发育和维持组织稳态中起着至关重要的作用。
体外实验中，BMP-2和BMP-4被广泛应用于诱导多能干细胞(iPSC)和胚胎干细胞(ESC)产生肝细胞。
HumanNoggin
骨形态发生蛋白的内源性抑制剂，调节细胞分化、增殖和凋亡。
Noggin是最基础的类器官培养因子之一。
HumanDKK-1
DKK-1是典型的Wnt抑制剂，可诱导视网膜前体自组织。
小分子抑制剂
Y-dihydrochloride
Rho激酶抑制剂；常用于类器官构建。
A83-01
ALK4/5/7抑制剂；抑制类器官的增殖。
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