2009年，荷蘭Hubrecht研究所的 Hans Clevers 等人使用來自小鼠腸道的成體干細(xì)胞培育出首個(gè)腸道類器官，開創(chuàng)了類器官研究的時(shí)代。
類器官（Organoids）是簡單的基于組織工程細(xì)胞的體外模型，它概括了體內(nèi)組織的復(fù)雜結(jié)構(gòu)和功能的許多方面。自2009年以來，類器官領(lǐng)域研究成果不斷，許多新型類器官和更復(fù)雜的類器官不斷涌現(xiàn)。其既可用于人體組織發(fā)育、再生和修復(fù)等基本機(jī)制研究，也可用于疾病診斷、疾病建模、藥物發(fā)現(xiàn)和個(gè)性化醫(yī)療等臨床診療領(lǐng)域。
鑒于類器官在基礎(chǔ)研究和臨床應(yīng)用中的廣闊前景，2021年1月，我國科技部發(fā)布“十四五”國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃，將“類器官與人源化動(dòng)物模型”列為重點(diǎn)研究方向，擬建立包括類器官在內(nèi)的多種疾病模型，以發(fā)掘疾病診療新靶標(biāo)和新策略。
然而，國內(nèi)類器官領(lǐng)域尚缺乏全面的著作，很難滿足我國類器官領(lǐng)域科研工作者、醫(yī)生和企業(yè)的最新需求。因此，亟需對類器官涉及的理論基礎(chǔ)、研究進(jìn)展、前沿技術(shù)、行業(yè)進(jìn)展以及面臨的挑戰(zhàn)等進(jìn)行系統(tǒng)的梳理，形成相對完整的知識(shí)體系。
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近期，新加坡國立大學(xué)、愛荷華州立大學(xué)、中國科學(xué)院分細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心、馬克斯普朗克分子細(xì)胞生物學(xué)和遺傳學(xué)研究所和加州大學(xué)洛杉磯分校的研究人員合作，在 Nature 旗下綜述期刊 Nature Reviews Methods Primers 上發(fā)表了關(guān)于類器官的長文綜述。
詳細(xì)介紹了開發(fā)類器官的基本原理、生成類器官的關(guān)鍵考慮因素，還闡述了類器官在不同應(yīng)用中的局限性，以及未來幾年類器官工程的重點(diǎn)。
類器官是一種自組織的3D組織，通常來自干細(xì)胞（多能、胎兒或成人），用于模擬器官的關(guān)鍵功能、結(jié)構(gòu)和生物學(xué)復(fù)雜性。組成類器官的細(xì)胞可以來自誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPSC）或組織來源細(xì)胞（TDC），包括正常干/祖細(xì)胞、分化細(xì)胞和癌細(xì)胞。與傳統(tǒng)的2D培養(yǎng)和動(dòng)物模型相比，類器官培養(yǎng)在體外重現(xiàn)體內(nèi)組織樣結(jié)構(gòu)和功能的同時(shí)，使模型具有患者特異性。
類器官培養(yǎng)比動(dòng)物模型更容易操作和深入生物學(xué)研究。因此，類器官培養(yǎng)已被用于各種應(yīng)用，包括藥物發(fā)現(xiàn)、個(gè)性化診斷和細(xì)胞治療等等。
類器官培養(yǎng)在細(xì)胞組成方面表現(xiàn)出顯著的異質(zhì)性和可變的復(fù)雜性，在自組裝過程中可能出現(xiàn)形態(tài)發(fā)生控制不佳的情況，并且通常缺乏基質(zhì)、血管和免疫組分。因此，非常有必要通過利用我們對器官發(fā)生以及細(xì)胞如何以干細(xì)胞生態(tài)位的形式與其細(xì)胞和物理微環(huán)境相互作用的理解，來改善類器官培養(yǎng)。基于這些見解，可以制定生物工程策略，在類器官發(fā)育過程中精確控制干細(xì)胞決策。
基于工程細(xì)胞的體外模型（例如類器官）是否需要忠實(shí)再現(xiàn)體內(nèi)原發(fā)器官的結(jié)構(gòu)和功能，目前尚有爭議。一種趨勢是在體外盡可能多地再現(xiàn)體內(nèi)組織結(jié)構(gòu)和功能，以證明日益復(fù)雜的模型的生理相關(guān)性。對于生物工程師來說，人工創(chuàng)建的體外模型只需要再現(xiàn)體內(nèi)組織的特定特征，與感興趣的生理或疾病功能相關(guān)即可。對于創(chuàng)建高度復(fù)雜的模型并期望它們準(zhǔn)確地模擬體內(nèi)原發(fā)器官，人們持樂觀態(tài)度。對于大多數(shù)研究人員來說，較簡單的模型對于機(jī)制研究和應(yīng)用來說比更復(fù)雜的模型更可靠。在確定的物理化學(xué)條件下，小腸、結(jié)腸、胃、食道、舌頭、肝臟、肺、胰腺、心臟、耳朵和皮膚等組織均可從誘導(dǎo)多能干細(xì)胞、成人或胎兒細(xì)胞以及干細(xì)胞/祖細(xì)胞或分化細(xì)胞中獲得。任何給定類器官的起始細(xì)胞群都是至關(guān)重要的，不僅影響所獲得結(jié)構(gòu)的變異性和異質(zhì)性，而且影響它們旨在模擬的組織的功能。為了建立組織來源的類器官或癌癥類器官，分別通過優(yōu)化的組織解離方法獲得組織駐留干細(xì)胞/祖細(xì)胞/分化細(xì)胞或腫瘤細(xì)胞。對于誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPSC）來源的類器官，iPSC細(xì)胞系被建立并作為起始細(xì)胞充分表征?；颊?組織來源的干細(xì)胞通過優(yōu)化的組織解離方法獲得，然后嵌入到模擬干細(xì)胞微環(huán)境（Stem cell niche）的三維基質(zhì)中。iPSC可以作為未分化的克隆群體在飼養(yǎng)層細(xì)胞上維持和擴(kuò)增。為了舉例說明組織來源的類器官的產(chǎn)生，論文作者使用腸道類器官作為例子，因?yàn)檫@是第一個(gè)組織來源的類器官。小腸和結(jié)腸被縱向打開，清洗，然后切成2-4毫米的碎片，以增加酶消化或進(jìn)一步機(jī)械解離的表面積。EDTA處理用于螯合鈣，破壞細(xì)胞-細(xì)胞粘附和組織完整性。從收集的隱窩部分中去除較大的組織碎片和完整的細(xì)胞，收獲的原發(fā)性腸隱窩用于播種和產(chǎn)生腸道類器官培養(yǎng)物。類器官培養(yǎng)的起始細(xì)胞群通常來自成人或胎兒組織活檢樣本。最常用的組織解離方法是酶消化，用來溶解細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）。酶解過程的酶的組成和效率因組織類型而異，在某些情況下，可以添加DNA酶來去除壞死細(xì)胞釋放的過多DNA。根據(jù)組織類型，組織碎片可以進(jìn)一步與酶（如膠原酶、彈性蛋白酶或去磷酸酶）孵育，產(chǎn)生單細(xì)胞懸浮液，然后在基質(zhì)膠中播種。酶解法可能會(huì)影響回收細(xì)胞的細(xì)胞狀態(tài)，因?yàn)樗赡苄枰诿富旌衔镏醒娱L時(shí)間來解離大多數(shù)組織駐留干細(xì)胞。組織解離也可以用機(jī)械方法實(shí)現(xiàn)；雖然機(jī)械解離更快，更便宜，但細(xì)胞產(chǎn)量和活力可能不一致。機(jī)械法和酶解法可以結(jié)合產(chǎn)生更好的細(xì)胞產(chǎn)量。組織解離后，利用已知的生物標(biāo)志物或物理特性來識(shí)別和收集用于類器官發(fā)育的組織來源細(xì)胞（TDC）。組織特異性干細(xì)胞標(biāo)志物通常用于識(shí)別和分離所需的干細(xì)胞以產(chǎn)生類器官。熒光激活細(xì)胞分選或磁性激活細(xì)胞分選根據(jù)多個(gè)參數(shù)分離細(xì)胞，包括大小、形狀和細(xì)胞表面標(biāo)志物表達(dá)。 iPSC可以作為未分化的克隆群體在許多代中保持和擴(kuò)增。未分化的人類iPSC通常在飼養(yǎng)層細(xì)胞或確定的ECM底物上保持。由于單個(gè)iPSC在體外存活不佳，iPSC通常作為細(xì)胞聚集體收獲，這保持了細(xì)胞-細(xì)胞間接觸，產(chǎn)生了具有更高活力的細(xì)胞群體。解離酶混合物的選擇應(yīng)基于細(xì)胞敏感性水平和培養(yǎng)細(xì)胞是否分泌過多的ECM。來自活檢樣本或手術(shù)切除的腫瘤組織通常也會(huì)像正常組織一樣進(jìn)行處理，分離腫瘤細(xì)胞以生長為類器官。從外周血、腹水和胸腔積液等液體樣本中分離出的腫瘤細(xì)胞可用作生成類器官的起始材料?；颊邅碓吹哪[瘤類器官可以從微創(chuàng)巴氏涂片獲得的樣本中產(chǎn)生。由于腫瘤細(xì)胞數(shù)量少，組織活檢樣本或液體樣本中的腫瘤細(xì)胞可以首先在動(dòng)物模型中擴(kuò)增作為異種移植物，以便獲得足夠的細(xì)胞用于類器官的生成。在腫瘤組織的情況下，最好限制組織解離，以便分離細(xì)胞簇而不是單個(gè)細(xì)胞。影響腫瘤來源類器官產(chǎn)生的一個(gè)關(guān)鍵因素是，從組織中分離出來的細(xì)胞通常既含有癌細(xì)胞，也含有正常細(xì)胞。雖然對于某些腫瘤，可以通過先驗(yàn)分選來富集腫瘤形成細(xì)胞，但對于大多數(shù)腫瘤，目前還沒有可靠的方法在將正常細(xì)胞群和腫瘤細(xì)胞群播種到基質(zhì)中進(jìn)行培養(yǎng)之前分離。克服這一問題的一種方法是利用培養(yǎng)條件，通過使用選擇性培養(yǎng)基來忽略正常類器官生長所需的某些因素，因?yàn)槟[瘤細(xì)胞在惡性轉(zhuǎn)化過程中逐漸失去對這些因素的依賴。血液污染，特別是紅細(xì)胞污染，也會(huì)影響類器官的產(chǎn)生和基質(zhì)的穩(wěn)定性，因此通常采用標(biāo)準(zhǔn)方法通過裂解來消除這些物質(zhì)。細(xì)胞在分離后，通常被種植到生物來源的基質(zhì)中，例如基質(zhì)膠或天然細(xì)胞外基質(zhì)（例如膠原），或合成水凝膠中?；|(zhì)膠主要由層粘連蛋白、IV型膠原蛋白、粘連蛋白、珍珠蛋白和生長因子組成，其組成與基底膜相似。作為上文使用腸道類器官的例子的延續(xù)，現(xiàn)在簡要描述細(xì)胞是如何被封裝到基質(zhì)中的。分離的腸道隱窩首先被重新懸浮在冷的基質(zhì)膠中，然后移入預(yù)熱的低附著孔板中進(jìn)行培養(yǎng)，產(chǎn)生細(xì)胞-基質(zhì)結(jié)構(gòu)的扁平半球凝膠。類器官經(jīng)過傳代，擴(kuò)增率通過從基質(zhì)膠中分離類器官、移除單個(gè)細(xì)胞和計(jì)數(shù)隱窩來測量。擴(kuò)增率的計(jì)算方法是每個(gè)孔中的類器官數(shù)量除以該孔中種植在基質(zhì)膠中的初始隱窩數(shù)量。雖然基質(zhì)膠可以支持類器官培養(yǎng)，但這種生物來源的基質(zhì)固有的異質(zhì)性和定義不明確的組成，幾乎無法控制生化和生物物理時(shí)空線索，而這些線索對于改善類器官培養(yǎng)是必要的。因此，已經(jīng)探索了其他具有確定組成的基質(zhì)作為基質(zhì)膠的替代，例如重組人膠原蛋白、纖維蛋白或合成水凝膠。天然基質(zhì)可以從蛋白質(zhì)或多糖中重組產(chǎn)生，以解決基質(zhì)膠的批次間差異。另一方面，合成水凝膠已成為強(qiáng)大的工具，可以獨(dú)立操縱生化和生物物理基質(zhì)特性，以控制類器官特征和增強(qiáng)功能。理想的類器官基質(zhì)應(yīng)該整體上具有應(yīng)力松弛和生化和生物物理特性的高度動(dòng)態(tài)性，以適應(yīng)或控制培養(yǎng)過程中類器官結(jié)構(gòu)的變化。例如，基于聚乙二醇（PEG）的動(dòng)態(tài)水凝膠最近被證明能夠?qū)崿F(xiàn)可再生腸道類器官的形成，并展示了如何調(diào)整水凝膠的性質(zhì)以控制培養(yǎng)類器官的干性和分化。即使在使用合成基質(zhì)培養(yǎng)類器官方面取得了許多進(jìn)展，合成基質(zhì)的類器官培養(yǎng)效率仍然低于基質(zhì)膠培養(yǎng)的類器官。開發(fā)更好的基質(zhì)的需求尚未得到滿足。類器官培養(yǎng)基本上是基于積累的發(fā)育生物學(xué)知識(shí)，其中可溶性線索（soluble cues）以時(shí)空控制的方式呈現(xiàn)給細(xì)胞。在類器官培養(yǎng)中，這些可溶性線索以生物制劑的形式在體外重現(xiàn)，主要為生長因子等蛋白質(zhì)或小分子藥物，它們可以激活或抑制信號(hào)通路。雖然生長因子可能昂貴且不穩(wěn)定，但許多小分子藥物可以影響多個(gè)通路，導(dǎo)致重復(fù)性差，但一些類器官方案將生物制劑和小分子藥物的使用相結(jié)合。使用來自工程細(xì)胞系的條件培養(yǎng)基，可以產(chǎn)生生物活性生長因子，例如L-Wnt-3A，可以替代常用的生長因子，例如WNT3A配體。但這些條件培養(yǎng)基面臨著批次間差異的問題，需要嚴(yán)格的測試來確保可重復(fù)性。因此，新的替代分子開始出現(xiàn)，作為條件培養(yǎng)基的潛在替代品。考慮如何以及何時(shí)將可溶性線索添加到類器官培養(yǎng)物中至關(guān)重要，因?yàn)轶w內(nèi)可溶性線索通常由細(xì)胞外基質(zhì)或鄰近細(xì)胞在時(shí)間和空間上協(xié)調(diào)地呈現(xiàn)給細(xì)胞，這就是時(shí)空呈現(xiàn)的概念。例如，現(xiàn)在已知成纖維細(xì)胞生長因子（FGF）的活性和特異性可以由細(xì)胞表面硫酸肝素蛋白多糖調(diào)節(jié)，這表明向細(xì)胞培養(yǎng)基中添加游離FGF可能無法再現(xiàn)FGF在體內(nèi)組織中的可用性。以時(shí)空相關(guān)的方式呈現(xiàn)可溶性線索的重要性對于將iPSC培養(yǎng)成具有多種細(xì)胞譜系的復(fù)雜結(jié)構(gòu)（例如腎臟類器官）尤其重要。根據(jù)以往的研究，已知輸尿管上皮從早期遷移的胸膜前中胚層細(xì)胞發(fā)育而來。為了再現(xiàn)這一過程，研究了添加FGF之前初始Wnt信號(hào)不同持續(xù)時(shí)間的影響。可溶性因子的時(shí)空呈現(xiàn)可以使用不同的組織工程方法實(shí)現(xiàn)。一種策略是，這些生長因子可以被封裝在納米顆粒中，并結(jié)合到細(xì)胞表面進(jìn)行可控釋放。為了模擬某些生長因子在體內(nèi)與細(xì)胞外基質(zhì)結(jié)合的方式，研究人員將聚合物與肝素結(jié)合，肝素可以與生長因子結(jié)合，或者將這些生長因子結(jié)合到聚合物本身。表面錨定也可以用納米技術(shù)實(shí)現(xiàn)，以模擬3D類器官培養(yǎng)的機(jī)制膜。最后，可以通過微流控系統(tǒng)來創(chuàng)建微型生態(tài)位，并精確控制其機(jī)械化學(xué)特性，通過氣體或小分子的定向流動(dòng)和梯度，這些系統(tǒng)可以精細(xì)控制類器官內(nèi)的環(huán)境參數(shù)。除了生化線索外，還需要考慮何時(shí)以及是否有必要為培養(yǎng)的類器官提供適當(dāng)?shù)奈锢砭€索。營養(yǎng)供應(yīng)和廢物清除依賴于擴(kuò)散，在類器官生長為更大的組織結(jié)構(gòu)的過程中效率降低。這就是為什么腸道類器官需要被分解成更小的細(xì)胞簇并定期重新播種。營養(yǎng)和廢物擴(kuò)散不足在腦類器官培養(yǎng)中也是一個(gè)問題，由于營養(yǎng)無法進(jìn)入，因此產(chǎn)生的毫米大小的結(jié)構(gòu)往往在內(nèi)核內(nèi)出現(xiàn)壞死。這個(gè)問題可以通過搖動(dòng)培養(yǎng)、旋轉(zhuǎn)生物反應(yīng)器或連續(xù)攪拌下的懸浮液，或在連續(xù)攪拌的生物反應(yīng)器中部分解決。這些生物反應(yīng)器可以監(jiān)測pH、溫度、氧和葡萄糖水平，以最大限度地提高質(zhì)量轉(zhuǎn)移，同時(shí)最小化剪切應(yīng)力。在這方面，還開發(fā)了可灌注微流控芯片來促進(jìn)類器官的長期培養(yǎng)。最后，考慮提供拓?fù)渚€索來控制體外類器官培養(yǎng)可能是有用的；基質(zhì)的“地形”已知可調(diào)節(jié)細(xì)胞面積、形狀和細(xì)胞-細(xì)胞相互作用，從而產(chǎn)生影響干細(xì)胞命運(yùn)的生化信號(hào)。地形導(dǎo)向的形態(tài)發(fā)生已經(jīng)通過在軟水凝膠上生長的腸道類器官得到了證明。與原始的自組織類器官模型相比，上述線索可以整合，以更好地控制類器官的形態(tài)發(fā)生。線索的整合是組織工程領(lǐng)域常用的一種策略，用于構(gòu)建體外和體內(nèi)組織。理想情況下，特定的物理或化學(xué)線索應(yīng)該使用簡單、可重復(fù)和可靠的方法，以時(shí)空和生理相關(guān)的方式呈現(xiàn)。以腸道類器官為例說明這一點(diǎn),在識(shí)別和分離隱窩中的LGR+腸道干細(xì)胞后，利用生物源性基質(zhì)膠模擬富含層粘連蛋白的隱窩環(huán)境，并在細(xì)胞培養(yǎng)基中添加外源性生長因子。大多數(shù)腸道干細(xì)胞可以存活、增殖和形成類器官。然而，由于類器官發(fā)育的隨機(jī)性，產(chǎn)生的類器官在大小、芽數(shù)量和功能上各不相同。在組織工程領(lǐng)域，線索的整合是一種常用的策略，用于構(gòu)建體外和體內(nèi)組織。在一個(gè)如何整合環(huán)境線索（機(jī)械和生化）來控制類器官形態(tài)發(fā)生的一個(gè)例子中，類器官成熟過程被分解為不同的階段，并使用生物材料工程來確定每個(gè)階段的最佳機(jī)械化學(xué)環(huán)境。結(jié)果表明，隨著時(shí)間的推移，可以從高剛度切換到低剛度的機(jī)械動(dòng)態(tài)基質(zhì)使形態(tài)發(fā)生過程得以控制。還有其他工程方法也被用于類器官培養(yǎng)來控制細(xì)胞增殖、分化和形態(tài)發(fā)生。重建組織的一種流行的生物工程方法是生物打印。這項(xiàng)技術(shù)使用生物墨水，包括封裝在生物材料中的活體類器官，以逐層方法精確地創(chuàng)建3D生物幾何形狀，以模擬天然組織的幾何形狀。最近的一個(gè)關(guān)于如何使用生物打印生成大型組織構(gòu)造的例子是通過一種稱為生物打印輔助組織的概念，使用人類小腸類器官形成自我進(jìn)化的組織構(gòu)造，其中厘米級(jí)腸道組織被連續(xù)打印，以模擬胃腸道的邊界。重建組織，特別是跨不同組織和器官的另一種生物工程方法是使用微流控平臺(tái)。微流控系統(tǒng)已被用于創(chuàng)建微型細(xì)胞模型，包括類器官，這些類器官重現(xiàn)了器官生理學(xué)的關(guān)鍵方面，稱為器官芯片（organ-on-a-chip，OoC）。生物打印技術(shù)是一種用于重建組織的生物工程方法。OoC設(shè)備可以結(jié)合其他生物工程技術(shù)來模擬器官和組織的關(guān)鍵生理和結(jié)構(gòu)特征。例如，使用合成支架將物理約束設(shè)計(jì)到類器官環(huán)境中，以提供物理邊界。OoC設(shè)備還支持共培養(yǎng)或多器官系統(tǒng)。雙器官系統(tǒng)已經(jīng)通過使用包含不同組織構(gòu)造的連接腔室來模擬肝損傷（使用腸上皮細(xì)胞和肝細(xì)胞）和2型糖尿病（使用人類胰島和肝球狀體）來模擬。最近，使用心臟和肝臟類器官制作了具有多個(gè)讀數(shù)的雙器官微流控設(shè)備。此外，OoC設(shè)備通過支持生理流速，改善了人類誘導(dǎo)多能干細(xì)胞來源的胰島、腸道、胃和肝類器官的特性。腎臟類器官已經(jīng)在OoC設(shè)備中培養(yǎng)，該設(shè)備能夠使流體流動(dòng)模擬剪切應(yīng)力和血管網(wǎng)絡(luò)的生成。評(píng)估培養(yǎng)的類器官是否能夠再現(xiàn)代表性人體組織或器官的關(guān)鍵方面非常重要。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，通常通過評(píng)估類器官的細(xì)胞組成、結(jié)構(gòu)、功能和表型的穩(wěn)健性來對這些類器官進(jìn)行表征。類器官的生長是一個(gè)初始細(xì)胞聚集、增殖、遷移和分化的過程。在評(píng)估類器官是否已經(jīng)成功建立時(shí)，首先確定類器官是否包含所需的細(xì)胞類型，以及類器官在體內(nèi)準(zhǔn)確模擬相應(yīng)組織功能的程度至關(guān)重要。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，通常進(jìn)行低通量基因表達(dá)驗(yàn)證和高通量全基因組轉(zhuǎn)錄組分析。實(shí)時(shí)PCR通常首先進(jìn)行，作為指示細(xì)胞身份的標(biāo)志基因的簡單、快速和定量讀出，包括關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子和分化標(biāo)志物。Western blotting提供了有關(guān)蛋白質(zhì)豐度、蛋白質(zhì)降解、蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用和翻譯后修飾的進(jìn)一步定量信息，這些信息代表了特定細(xì)胞類型中特定信號(hào)通路的活性。評(píng)估類器官組成最常用的工具是使用切片或全貼片的免疫熒光和免疫組化成像，特定細(xì)胞標(biāo)志物的抗體染色進(jìn)一步闡明了各種細(xì)胞類型的空間分布和比例。在全基因組轉(zhuǎn)錄組水平上對類器官中所有細(xì)胞類型進(jìn)行高通量分析，然后將這些細(xì)胞類型與從相應(yīng)組織或器官新鮮分離的細(xì)胞進(jìn)行比較，以評(píng)估每個(gè)細(xì)胞群體的相似程度?？紤]到體外培養(yǎng)的類器官包含不同狀態(tài)的未成熟細(xì)胞，因此，從細(xì)胞分化狀態(tài)的角度來看，scRNA-seq可以幫助確定類器官異質(zhì)性的程度。對類器官形態(tài)進(jìn)行評(píng)估，以確定培養(yǎng)的類器官與相應(yīng)的體內(nèi)組織或器官之間是否存在結(jié)構(gòu)相似性。例如，對于胰島等分泌組織，類器官內(nèi)應(yīng)存在胰島樣球狀結(jié)構(gòu)，并且預(yù)期還可觀察到細(xì)胞內(nèi)激素囊泡。對于分支上皮類器官，如乳腺類器官，預(yù)期應(yīng)觀察到明顯的分支結(jié)構(gòu)。對于腸類器官，應(yīng)觀察到隱窩樣結(jié)構(gòu)。對于包括合并支持細(xì)胞（如成纖維細(xì)胞和/或內(nèi)皮細(xì)胞）的更復(fù)雜的類器官培養(yǎng)系統(tǒng)，預(yù)期合并的內(nèi)皮細(xì)胞應(yīng)形成血管網(wǎng)，重現(xiàn)類器官周圍的內(nèi)皮-上皮相互作用。類器官功能的評(píng)估包括但不限于成熟細(xì)胞的產(chǎn)生、血管或神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的形成、對外部刺激的準(zhǔn)確反應(yīng)以及細(xì)胞因子或激素的有效分泌等因素。類器官應(yīng)與新鮮分離的組織作為陽性對照進(jìn)行比較。對于不同的組織，需要離散的生理重現(xiàn)，例如胃類器官的酸分泌和腸類器官的粘液分泌。下表列出了評(píng)估類器官結(jié)構(gòu)和功能的各種表征方法。在類器官研究中用于評(píng)估/表征類器官結(jié)構(gòu)和功能的方法以小鼠胰島類器官為例，討論了各種表征和驗(yàn)證方法。通過免疫染色，通過相應(yīng)激素的表達(dá)（胰島素、胰高血糖素、生長抑素和胰多肽），檢查了四種內(nèi)分泌分化細(xì)胞類型（β細(xì)胞、α細(xì)胞、δ細(xì)胞和PP細(xì)胞）的形成。為了評(píng)估β細(xì)胞成熟的程度，通過透射電子顯微鏡成像對胰島素分泌顆粒的超微結(jié)構(gòu)形態(tài)計(jì)量分析。為了評(píng)估類器官β細(xì)胞對葡萄糖的反應(yīng)能力，進(jìn)行了葡萄糖刺激的胰島素分泌實(shí)驗(yàn)，例如使用胰島素或C肽ELISA實(shí)驗(yàn)，循環(huán)高低葡萄糖孵育。由于胰島素釋放與鈣動(dòng)力學(xué)相關(guān)，鈣信號(hào)跡象成像在葡萄糖反應(yīng)中迅速增加并返回基線。為了測試胰島類器官移植后的全部潛力，需要進(jìn)行體內(nèi)功能評(píng)估，以改善鏈脲佐菌素誘導(dǎo)的1型糖尿病小鼠模型的高血糖表型。特征參數(shù)包括血糖水平正常和穩(wěn)定、血漿胰島素水平正常和體重維持。胰島類器官驗(yàn)證分析的代表性結(jié)果腸類器官是體外成功建立的第一種類器官。經(jīng)典的隱窩-絨毛樣結(jié)構(gòu)被認(rèn)為是類器官建立成功的重要特征，具有良好的分支形態(tài)，具有強(qiáng)大的多細(xì)胞組成和位置，反映了類器官的分化和成熟水平。Lgr5標(biāo)記的表達(dá)可以通過實(shí)時(shí)定量PCR或使用Lgr5熒光報(bào)告基因成像來分析腸干細(xì)胞的維持。分化細(xì)胞可以通過其標(biāo)記物的染色來評(píng)估，包括溶菌酶（用于Paneth細(xì)胞）、絨毛蛋白（用于腸細(xì)胞）、黏蛋白2（用于杯狀細(xì)胞）和嗜鉻粒蛋白A（用于腸內(nèi)分泌細(xì)胞）。這些不同的細(xì)胞類型也可以根據(jù)其特征性的亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)通過透射電子顯微鏡進(jìn)行區(qū)分。功能性腸類器官由于成熟杯狀細(xì)胞的黏液分泌而表現(xiàn)出相對厚的黏液層，這可以通過阿利新藍(lán)和過碘酸-希夫染色來檢測。在肝臟中，已從小鼠和人類組織樣本中建立了膽管細(xì)胞和肝細(xì)胞類器官。通過測量類器官細(xì)胞的傳代時(shí)間和增殖來評(píng)估肝類器官。在標(biāo)記物表達(dá)方面，在RNA水平和蛋白水平上評(píng)估特異性膽管細(xì)胞標(biāo)志物（例如KRT19、KRT7、SOX9）或肝細(xì)胞標(biāo)志物（例如ALB、HNF4A、MRP4）。通常還使用肝祖細(xì)胞標(biāo)志物（例如LGR5）來評(píng)估培養(yǎng)細(xì)胞的分化狀態(tài)。為了評(píng)估類器官的功能，進(jìn)一步在RNA水平上分析肝細(xì)胞的標(biāo)志物，如CYP3A4和CYP3A11。此外，通過過碘酸-希夫染色評(píng)估白蛋白分泌、低密度脂蛋白攝取、糖原積累的存在，使用化學(xué)分析評(píng)估膽汁酸產(chǎn)生和肝酶（例如CYP3A4）的活性，以確認(rèn)肝細(xì)胞功能。通過透射電子顯微鏡也經(jīng)常評(píng)估類器官的超微結(jié)構(gòu)，以觀察典型的肝細(xì)胞或膽管細(xì)胞形態(tài)。最后，為了對功能進(jìn)行最終測試，通常將類器官移植到FRG免疫缺陷小鼠體內(nèi)，以觀察移植物的體內(nèi)整合和功能。患者來源的腫瘤類器官必須保持來源組織的基因組、轉(zhuǎn)錄組、形態(tài)學(xué)和功能特征。因此，通過與來源組織的組織學(xué)和免疫組化特征、轉(zhuǎn)錄組學(xué)以及基因組學(xué)進(jìn)行比較，對腫瘤類器官的驗(yàn)證非常重要。腫瘤類器官的細(xì)胞組織、組織結(jié)構(gòu)和蛋白表達(dá)模式可以很容易地與來源癌癥進(jìn)行比較。同樣，類器官的基因表達(dá)譜應(yīng)該與其來源的腫瘤相似。這已經(jīng)在許多腫瘤類型的RNA-seq中得到證實(shí)。最后，重要的是要確認(rèn)腫瘤類器官是否在基因組水平上與患者腫瘤發(fā)生了分歧。一些研究表明，類器官和母體組織在突變和拷貝數(shù)變異方面是一致的。更大程度的差異可能歸因于腫瘤內(nèi)的空間異質(zhì)性和抽樣偏差：腫瘤可能具有空間多樣性，從特定部位產(chǎn)生的類器官可能缺乏遠(yuǎn)端區(qū)域的代表性。除了這種拓?fù)鋵W(xué)問題，培養(yǎng)條件可能有助于選擇特定的克隆，隨著時(shí)間的推移可能改變或減少克隆性。
當(dāng)長期培養(yǎng)時(shí)，腫瘤類器官的驗(yàn)證就更加關(guān)鍵。雖然一些研究報(bào)告了分子特征可以在長期培養(yǎng)中保持，但其他研究觀察到連續(xù)傳代后的腫瘤演變。例如，肝癌類器官的外顯子組測序顯示，突變一致性從培養(yǎng)不到2個(gè)月的類器官的92%下降到超過4個(gè)月的類器官的80%。從微衛(wèi)星不穩(wěn)定腫瘤建立的大腸癌類器官在長期培養(yǎng)后比穩(wěn)定腫瘤有更高的新生突變。觀察到的一些差異可能歸因于不同的克隆和亞克隆在培養(yǎng)中如何適應(yīng)和擴(kuò)大。使用500個(gè)癌癥相關(guān)基因的深度靶向測序，表明保留了干突變，而亞克隆突變隨著每一代的突變變化而獲得或失去。大多數(shù)突變和拷貝數(shù)變異在肺癌類器官的晚期傳代中保留下來，而新生突變可歸因于原發(fā)腫瘤中小亞群細(xì)胞的亞克隆擴(kuò)增?？偟膩碚f，這些研究表明，在長期培養(yǎng)的類器官中可能發(fā)生遺傳漂變，影響其作為功能和藥物發(fā)現(xiàn)研究模型的可靠性。這重申了在腫瘤類器官建立、表征和測試中驗(yàn)證的重要性。最后，正常組織污染是建立腫瘤類器官的一個(gè)問題，在驗(yàn)證患者來源模型時(shí)應(yīng)予以解決。正常細(xì)胞的存在可以通過組織學(xué)比較和免疫組化以及測序來估計(jì)。類器官作為一種基于細(xì)胞的工程模型，可以再現(xiàn)相關(guān)生理結(jié)構(gòu)和功能，在基礎(chǔ)研究和臨床應(yīng)用方面都顯示出巨大的潛力。組織來源的類器官可以成為再生醫(yī)學(xué)可移植材料的潛在來源。小鼠腸道、肝臟和胰腺的類器官已經(jīng)成功地移植到小鼠體內(nèi)，并幫助器官功能得以恢復(fù)。例如，從小鼠肝臟分離的肝細(xì)胞中產(chǎn)生肝臟類器官，這些類器官被注射到富馬酸乙酸水解酶（Fah）缺陷的小鼠體內(nèi)，這種缺陷會(huì)導(dǎo)致肝損傷，在停止使用保護(hù)肝臟的尼替西酮藥物治療后，小鼠的生存期很短，僅有40天。而在尼替西酮治療中斷后，植入肝臟類器官的小鼠存活超過100天。同樣，在人工細(xì)胞外基質(zhì)中培養(yǎng)的胰島可以成功植入鏈球菌素誘導(dǎo)或自身免疫驅(qū)動(dòng)的糖尿病小鼠模型中，恢復(fù)胰島素的產(chǎn)生并逆轉(zhuǎn)高血糖。除了小鼠類器官，從肝臟樣本中提取的EpCAM+導(dǎo)管細(xì)胞來源的人類肝臟類器官已經(jīng)植入了誘發(fā)急性肝損傷的免疫缺陷小鼠。人類胰腺類器官可以從ALDH高表達(dá)干細(xì)胞中產(chǎn)生，并有可能產(chǎn)生胰島素。腸類器官已被證明融合成類似于體內(nèi)腸道的管狀結(jié)構(gòu)。在具有可調(diào)生物降解性的人工細(xì)胞外基質(zhì)中，也可以產(chǎn)生更復(fù)雜的腸類器官。盡管將類器官用于再生醫(yī)學(xué)還有很長的路要走，但已經(jīng)建立了產(chǎn)生正常組織類器官的改進(jìn)方案，以及確保高可重復(fù)性、移植和功能的良好制造規(guī)范。近年來，3D類器官快速高通量篩選的技術(shù)挑戰(zhàn)已經(jīng)得到解決，并通過不同的方法克服對卵巢或腹膜腫瘤患者來源的類器官進(jìn)行240種酪氨酸激酶抑制劑篩選，在手術(shù)后一周內(nèi)提供了個(gè)體化藥物敏感性譜。還可以通過腫瘤類器官從結(jié)構(gòu)相似的候選藥物中選擇有效藥物，并研究不同藥物聯(lián)合治療的協(xié)同作用?；顧z樣本或手術(shù)切除樣本中鄰近正常組織的非腫瘤細(xì)胞可用于開發(fā)對照健康類器官，以確認(rèn)試驗(yàn)藥物的腫瘤特異性療效。可以用設(shè)計(jì)表達(dá)針對不同新抗原的嵌合抗原受體的免疫細(xì)胞庫篩選類器官。免疫檢查點(diǎn)抑制劑和其他免疫腫瘤藥物也可以在包括免疫細(xì)胞的腫瘤類器官模型中進(jìn)行篩選。由于類器官可以保持其來源組織的基因組圖譜，因此藥物篩選可用于提供基因突變與藥物反應(yīng)之間的聯(lián)系。通過對來自7例患者的胃癌類器官進(jìn)行37種藥物的篩選，發(fā)現(xiàn)ARID1A突變的腫瘤對ATR抑制劑敏感，這支持了之前的研究，并從功能上確定了對一類被認(rèn)為不可成藥的基因突變的干預(yù)。精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)應(yīng)用人們對為每位患者量身定制癌癥治療越來越感興趣。精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)通常是基因組學(xué)的同義詞。然而，幾項(xiàng)臨床試驗(yàn)表明，只有一小部分患者具有可操作的基因組改變可以與特定干預(yù)相結(jié)合。在評(píng)估大規(guī)模實(shí)施測序驅(qū)動(dòng)療法的NCI-MATCH試驗(yàn)中，僅約37%的患者被發(fā)現(xiàn)具有可操作的突變。這項(xiàng)和其他精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)試驗(yàn)表明，許多靶向干預(yù)的臨床益處有限，應(yīng)答率適中，揭示了很大程度的復(fù)雜性。雖然基于基因組學(xué)的精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)干預(yù)的臨床療效有待討論，但很明顯，大多數(shù)癌癥患者沒有可操作的基因來指導(dǎo)治療。功能性精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)——基于檢測患者腫瘤的藥物反應(yīng)以確定治療方案——已被提出為一種更直接的替代方案，因?yàn)樗恍枰魏文[瘤分子特征或其他特征的先驗(yàn)知識(shí)。類器官非常適合功能性精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)，因?yàn)樗鼈円子诮?，與來源組織具有高度相似性，易于處理，并且已在許多腫瘤中識(shí)別和確定治療靶點(diǎn)，包括在分子水平上往往研究不足和特征不明顯的罕見癌癥。最近，從患者來源的異種移植物建立的類器官被用于確定艾立布林（eribulin）作為復(fù)發(fā)性三陰性乳腺癌患者的治療藥物，在治療期間，患者的無進(jìn)展生存期比之前接受的治療延長了3.5倍，這表明了類器官在臨床應(yīng)用中的潛力。類器官越來越多地被用作種子材料，以產(chǎn)生具有更好的植入率的異種移植物。這一過程涉及使用完整的類器官或消化后的單個(gè)細(xì)胞。通過CRISPR-Cas9基因編輯攜帶APC、SMAD4、TP53、KRAS和/或PIK3CA突變的人腸類器官被作為種子植入免疫缺陷小鼠的腎包膜下間隙。其中，攜帶一個(gè)或兩個(gè)基因突變的良性類器官被證明不能形成腫瘤，而攜帶四個(gè)或五個(gè)基因突變的類器官可成瘤。患者來源的類器官也可以產(chǎn)生異種移植物，證實(shí)其致瘤能力并重現(xiàn)親代腫瘤的組織學(xué)。在一項(xiàng)結(jié)直腸癌的研究中，良性腫瘤類器官在小鼠體內(nèi)沒有或很少植入。相比之下，來自轉(zhuǎn)移的結(jié)直腸癌類器官比來自原發(fā)腫瘤的類器官更具侵襲性。對體外培養(yǎng)的多形性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤細(xì)胞形成的異種移植物的形態(tài)學(xué)比較表明，來自腫瘤球的細(xì)胞顯示實(shí)體瘤生長模式，其類器官則更具擴(kuò)散性，類似于原發(fā)腫瘤。來自腔內(nèi)起源的膀胱腫瘤的類器官系移植到小鼠體內(nèi)，顯示出具有相同腔內(nèi)表型的腫瘤。類器官模型現(xiàn)在被廣泛用于宿主-病原體相互作用的研究。例如，來自腸道、肝臟、肺、口腔黏膜和胃等組織和器官的類器官已經(jīng)與細(xì)菌、病毒和寄生蟲177等病原體共培養(yǎng)。在人腸類器官中，分化腸細(xì)胞比未分化腸細(xì)胞更容易受到人輪狀病毒（HRV）感染。感染HRV或輪狀病毒腸毒素的類器官表現(xiàn)為腔隙腫脹，這是輪狀病毒誘導(dǎo)腹瀉的特征。人肝臟類器官被用作藥物篩選平臺(tái)，以測試抗HRV藥物和抗體，發(fā)現(xiàn)霉酚酸、IFNγ和抗輪狀病毒VP7抗體能夠在體外阻止輪狀病毒復(fù)制。類器官也可以用于致癌病原體的研究。幽門螺桿菌感染小鼠胃類器官顯示由細(xì)菌源性CagA誘導(dǎo)的胞質(zhì)β-連環(huán)蛋白水平增加，導(dǎo)致感染類器官增殖增加。自COVID-19大流行開始以來，許多實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)研究了SARS-CoV-2對類器官的影響。SARS-CoV-2可感染的遠(yuǎn)端肺類器官是由表達(dá)ACE2的腔隙細(xì)胞介導(dǎo)的。SARS-CoV-2被發(fā)現(xiàn)以杯狀細(xì)胞為靶點(diǎn)，而不是纖毛細(xì)胞，這與之前在二維空氣-液體界面模型中進(jìn)行的研究相反。對腸類器官的研究表明，SARS-CoV-2也可以感染腸細(xì)胞，CRISPR-Cas9和藥物篩選表明，敲除TMPRSS2或TMPRSS4，或使用卡莫他特（Camostat）治療，可以減少病毒感染。類器官在模擬和研究各種不同器官的常見和罕見疾病方面已經(jīng)顯示出顯著的實(shí)用性。囊性纖維化是由CFTR基因突變引起的遺傳性疾病，已報(bào)道了2000多個(gè)與囊性纖維化相關(guān)的CFTR突變位點(diǎn)，但臨床上部署的小分子治療僅針對其中的一小部分。CFTR突變導(dǎo)致多器官功能障礙，影響肺、胰腺、肝和腸道。結(jié)腸、肝臟和膽管、直腸、呼吸系統(tǒng)和小腸的囊性纖維化類器官模型已經(jīng)從小鼠模型或患者相關(guān)器官的成體干細(xì)胞中獲得，其應(yīng)用范圍從研究疾病生物學(xué)到反映患者的藥物反應(yīng)。一種CFTR激活劑Forskolin已被用于誘導(dǎo)由于氯離子和液體流入腔內(nèi)而引起的類器官腫脹，患者來源的直腸類器官腫脹的減少與患者的臨床反應(yīng)參數(shù)相關(guān)，這可以模擬對特定治療方案的個(gè)體化臨床反應(yīng)。囊性纖維化類器官也被用于研究基因治療干預(yù)，并能夠利用CRISPR-Cas9挽救腸道類器官中CFTR突變的影響。炎癥性腸病如潰瘍性結(jié)腸炎和克羅恩病也已用類器官模型進(jìn)行研究。盡管保留了相似的形態(tài)學(xué)，但來自炎癥性腸病患兒腸上皮細(xì)胞的類器官具有炎癥性腸病特異性DNA甲基化特征。還可以生成肝類器官以模擬肝病，例如α1-抗胰蛋白酶缺乏癥、阿加曲爾綜合征和原發(fā)性硬化性膽管炎。獲得的3D類器官系統(tǒng)的形態(tài)和功能的可重復(fù)性仍然是當(dāng)前類器官研究一個(gè)主要瓶頸。該綜述詳細(xì)闡述了類器官研究的局限性和最新進(jìn)展，為開發(fā)、表征和標(biāo)準(zhǔn)化類器官系統(tǒng)提供了一條更優(yōu)化的管線。目前的類器官模型系統(tǒng)均無法再現(xiàn)其各自器官的細(xì)胞類型、成熟度和/或功能的完整生理譜系；相反，它們只能表現(xiàn)出其主要形成的組織的某些功能。絕大多數(shù)組織來源的類器官模型缺少組織特異性細(xì)胞類型，包括生態(tài)位特異性間充質(zhì)、免疫細(xì)胞、血管化、神經(jīng)支配或微生物組。最近，導(dǎo)管細(xì)胞-肝臟間充質(zhì)細(xì)胞共培養(yǎng)已被證明可以重現(xiàn)部分肝門管結(jié)構(gòu)。特別具有挑戰(zhàn)性的是，并非所有細(xì)胞類型都有相同的增殖率、生長因子需求，甚至對氧暴露的需求。多能干細(xì)胞來源的類器官在重現(xiàn)發(fā)育器官的不同細(xì)胞類型和細(xì)胞相互作用方面表現(xiàn)更好，但無法表現(xiàn)成人組織結(jié)構(gòu)和功能以及細(xì)胞成熟。一種有效的策略是體內(nèi)移植。然而，這需要放棄對形成的組織構(gòu)造的控制。同時(shí)，優(yōu)化分化方案，豐富成熟度和特定功能。另一個(gè)導(dǎo)致成熟度和功能受限的因素是空腔腔內(nèi)死細(xì)胞的營養(yǎng)可及性和積累。這對誘導(dǎo)多能干細(xì)胞來源的類器官尤其重要。隨著類器官的大小增長，對位于類器官中心的細(xì)胞的營養(yǎng)供應(yīng)受到限制，導(dǎo)致細(xì)胞死亡。這在形成更緊密結(jié)構(gòu)的類器官中很常見，例如腦類器官。對于形成空腔囊的組織來源類器官（膽管細(xì)胞，胰腺），死細(xì)胞最終將開始在腔內(nèi)積累，這無法避免，但可以通過類器官的機(jī)械碎片來解決。形成的結(jié)構(gòu)的持續(xù)碎片阻止了長期研究的開展。然而，多能干細(xì)胞來源的類器官不能被碎片和傳代；正在開發(fā)解決營養(yǎng)可及性問題的新策略，包括體外腦切片的長期維護(hù)。一旦細(xì)胞形成類器官，我們對類器官內(nèi)的細(xì)胞行為的了解就很少。即使在相同的實(shí)驗(yàn)設(shè)置中，結(jié)果也往往是過多的表型特征（形狀、大小、細(xì)胞組成）。優(yōu)化形態(tài)梯度、組織特異性細(xì)胞-ECM相互作用以及局部生化和生物物理特性對于最大限度地減少批間異質(zhì)性至關(guān)重要。為了生成更復(fù)雜的多細(xì)胞成熟和功能結(jié)構(gòu)，類器官領(lǐng)域已經(jīng)開始創(chuàng)建組裝體，例如人類皮質(zhì)運(yùn)動(dòng)組裝體。這種努力允許創(chuàng)建更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，用定義的界面連接多種類型的組織，如用神經(jīng)肌肉接頭連接大腦皮質(zhì)、脊柱和骨骼肌，但代價(jià)是可重復(fù)性。對器官內(nèi)異質(zhì)性的有限控制不利于高通量篩選應(yīng)用，并使需要高時(shí)空分辨率成像的研究變得困難。與其創(chuàng)建更復(fù)雜的器官樣系統(tǒng)，不如采用更簡單的縮小尺寸的模型來重現(xiàn)感興趣的基本組織結(jié)構(gòu)和功能，這種趨勢正在增強(qiáng)。通過降低復(fù)雜性來減少類器官的異質(zhì)性以有幾種工程方法被用于優(yōu)化上述限制，克服使用非特異性細(xì)胞外基質(zhì)（例如基質(zhì)膠）的主要途徑有兩種：一種是使用對組成和剛度有更完全控制的合成基質(zhì)，另一種是采用脫細(xì)胞組織并創(chuàng)建組織特異性基質(zhì)。人們做出了重大努力，以確定化學(xué)定義的、GMP兼容的細(xì)胞外基質(zhì)，使人類類器官的生長和長期擴(kuò)增成為可能。在這方面，人類胰腺類器官、腸類器官和結(jié)直腸癌類器官取得了一些進(jìn)展，它們可以在基于葡聚糖的的細(xì)胞外基質(zhì)中生長，然而，它們不會(huì)在其中實(shí)現(xiàn)長期擴(kuò)增。已有研究表明，通過最大限度地提高可溶性微環(huán)境中的質(zhì)量轉(zhuǎn)移和最小化剪切應(yīng)力，在器官芯片設(shè)置中生長的細(xì)胞上調(diào)了其功能，更接近于天然組織。最近的一個(gè)例子表明，流體流動(dòng)增強(qiáng)腎臟類器官的成熟，并有利于體外血管化。通過在相同大小的隱窩中自組織的工程支架提供邊界，在類器官環(huán)境和腸細(xì)胞中設(shè)計(jì)了物理約束。同時(shí)，通過創(chuàng)建一個(gè)可灌注的迷你腸培養(yǎng)物，細(xì)胞被安排成管狀上皮和與體內(nèi)組織相似的空間排列，它們克服了囊性類器官的不可及性和細(xì)胞碎片的清除。展望未來，趨勢是開發(fā)更復(fù)雜的類器官模型，盡可能忠實(shí)地再現(xiàn)器官在體內(nèi)結(jié)構(gòu)和功能，包括隨著時(shí)間的推移再現(xiàn)細(xì)胞類型、組織結(jié)構(gòu)、可測量的分子事件和表型功能。與其專門關(guān)注最突出的標(biāo)志物或功能性檢測，還應(yīng)該對原生組織進(jìn)行結(jié)構(gòu)基準(zhǔn)測試。以肝細(xì)胞類器官為例，肝細(xì)胞功能得到保留，但肝組織結(jié)構(gòu)與肝細(xì)胞呈條索狀排列的原生組織不匹配。同樣，胰腺或結(jié)腸癌類器官等類器官各向同性生長，形成囊狀，而不是在原生組織中形成的管狀結(jié)構(gòu)。為了獲得更復(fù)雜的功能，具有多細(xì)胞和多組織結(jié)構(gòu)的類器官將非常重要，特別是在研究細(xì)胞-細(xì)胞相互作用的情況下。順著這一思路，組裝體和芯片器官也變得越來越復(fù)雜，并被更廣泛采用。除了在創(chuàng)造更生理學(xué)相關(guān)、更健壯和更易使用的類器官模型方面的技術(shù)進(jìn)步外，預(yù)計(jì)將在應(yīng)用中看到類器官產(chǎn)生更大的影響。在過去的20年里，盡管已經(jīng)討論過取代動(dòng)物試驗(yàn)，但這些努力尚未導(dǎo)致具體行動(dòng)，然而，這正在迅速改變。能夠在體內(nèi)再現(xiàn)復(fù)雜生理功能的類器官也增強(qiáng)了人們的信心，認(rèn)為新的替代方法現(xiàn)在是可行的選擇。在人類類器官中將有更多的動(dòng)物研究結(jié)果外推，以更好地理解人類生物學(xué)和病理生理學(xué)，預(yù)計(jì)將廣泛采用類器官作為細(xì)胞來源，用于細(xì)胞治療、再生醫(yī)學(xué)、體外診斷和藥物發(fā)現(xiàn)。
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