【学术前沿】专辑讲述 | 类器官作为研究发育和疾病的模型（上）

类器官作为研究发育和疾病的模型 /

Organoids as models for development (or cell fate determination) and diseases

类器官是一种三维细胞培养物，其在细胞类型，空间结构及生理功能上能够模拟对应器官，从而提供一个高度生理相关的系统。自2009年小肠类器官首次建立至今，类器官研究已经延伸到多个组织系统，并成为当下生命科学领域最热门的技术之一。类器官作为微型体外模型，在研究器官再生，精准医疗以及药物毒性和药效试验方面都显示出令人振奋的潜力。为了展现类器官领域的最新研究进展，Cell Regeneration主编清华大学陈晔光院士与中国科学院分子细胞科学卓越创新中心惠利健研究员共同组织了类器官作为研究发育和疾病的模型（Organoids as Models forDevelopment (or Cell Fate Determination) and Diseases）专辑，专辑文章涵盖了肠道，大脑，肝脏，肺脏以及视网膜等多个系统组织的类器官研究论文或综述，总结并探讨了类器官在基础研究和转化医学研究中的应用和挑战。

01

Generation of 3D Human Gastrointestinal Organoids: Principle and Applications

PMID：32588198 扫码阅读全文：

胃和肠是食物消化、营养吸收、免疫防御和激素产生的重要器官。癌症、溃疡等胃肠道疾病是严重威胁人类健康的疾病。人们迫切需要合适的疾病模型来了解其机理和发现药物。类器官是由组织和多能干细胞在体外培养的三维结构，包含多种细胞类型，可以模拟体内组织，在再生医学和个性化医学方面具有巨大的潜力。本文综述了调节胃肠道上皮内稳态的主要信号通路，总结了建立人胃肠道类器官的不同方法，并重点介绍了其在生物研究和医学实践中的应用。

图示：人体胃肠道类器官生成示意图。成体干细胞由内窥镜活检及手术解剖组织中分离。成体干细胞或多能干细胞被嵌入3D基质中以建立类器官

往期推荐：综述：体外人工制做消化道类器官的原理和应用通讯作者

陈晔光，中国科学院院士，清华大学教授，主要研究TGF-β和Wnt信号的调控以及它们在胚胎发育、干细胞自我更新和分化和肿瘤形成中的作用。

02

Establishment of porcine and monkey colonic organoids for drug toxicity study

PMID: 34599392 扫码阅读全文：

猪和猴子是帮助探索人类疾病和评估药物效率和毒性的模式动物，但高昂的成本限制了其应用。类器官能够模拟真实组织的结构和功能，是研究中的有力工具 目前猪和猴子的类器官尚未建立。在这篇文章里，作者介绍了其团队研发的支持猴子和猪结肠类器官生长的培养基。进一步研究发现猪结肠类器官在药物毒性反应上更接近人类结肠类器官 。建立猪和猴子结肠类器官能够帮助促进肠道稳态的机制研究以及药物开发和毒性研究。

图示：猪和猴结肠类器官的建立

往期推荐：Cell Reg |清华大学陈晔光教授团队建立用于药物毒性研究的猪和猴结肠类器官通讯作者

陈晔光，中国科学院院士，清华大学教授，主要研究TGF-β和Wnt信号的调控以及它们在胚胎发育、干细胞自我更新和分化和肿瘤形成中的作用。

03

Consistent apparent Young's modulus of human embryonic stem cells and derived cell types stabilized by substrate stiffness regulation promotes lineage specificity maintenance

PMID: 32588198 扫码阅读全文：

表观杨氏模量(AYM)反映了通过原子力显微镜测量的活细胞的基本力学性质，由基质刚度调节的细胞骨架组织决定，已被研究作为特定细胞类型中细胞命运的潜在指标。然而，应用生物物理技术，如调节基质硬度，以调节AYM，从而反映和/或控制干细胞谱系特异性在下游应用，仍然是体外干细胞扩张过程中的主要挑战。此外，基质硬度可以调节单细胞期的细胞异质性，有助于调节细胞命运，但在体外细胞动态扩张(从单细胞期到多细胞期)中，AYM和细胞命运决定之间的指示性联系尚未建立。

图示：不同底物硬度下hESCs和HepaRG细胞的细胞骨架组织和局灶性黏附形成

通讯作者

杜亚楠，清华大学教授，主要研究方向：在“微组织工程”这一特色交叉研究方向进行创新探索，实现理论探究和技术转化。

04

Organoid based personalized medicine: from bench to bedside

PMID: 33135109 扫码阅读全文：

三维培养的类器官已成为研究器官遗传、表型和行为特征的强大的体外研究工具，它可以由多能干细胞和成体干细胞建立。成人干细胞类器官可以直接从病变上皮细胞和匹配的正常组织中建立，类器官也可以通过CRISPR-Cas9技术进行基因操纵。类器官在基础研究中的应用涉及发育和遗传、传染病等疾病建模。越来越多的证据表明，癌症和囊性纤维化等疾病的患者源性类器官生物库对药物开发和个性化医疗有很大的价值。本文综述了类器官在基础研究和转化医学研究中的应用。

图示：不同来源的类器官优缺点比较

往期推荐：基于类器官的个性化医疗：从基础到临床通讯作者

华国强，复旦大学教授主要研究方向：肠道损伤再生和肠癌发病机制研究

05

Organoid: a powerful tool to study lung regeneration and disease

PMID: 33900491 扫码阅读全文：

类器官是由成体组织干细胞或多能干细胞形成的三维自组织结构。它们概括了细胞-细胞、细胞-生态位在组织发育、内稳态、再生和疾病中的相互作用，并为药物筛选提供了一个体外模型。本文综述了近年来成人肺干细胞和人多能干细胞类器官培养的研究进展，重点介绍了远端气道干细胞/祖细胞类器官培养的研究进展，并讨论了类器官在肺再生和肺疾病(包括肺纤维化、气道疾病和2019冠状病毒病(COVID-19))研究中的应用。

图示：人类及小鼠肺类器官建立示意图

往期推荐：【Review】类器官作为研究肺再生和疾病的强大工具通讯作者

席莹，上海科技大学生命科学与技术学院，助理教授、研究员。从事肺再生与疾病研究，探索肺干细胞损伤修复和促进肺再生的调控机制。

06

Emerging liver organoid platforms and technologies

PMID: 34341842 扫码阅读全文：

肝脏在调节能量稳态和药物代谢方面具有重要，是研究者重点关注的器官。肝脏体外模型需要多种类型的细胞进行正确的空间排布，以模拟肝脏组织的结构和功能。细胞培养及生物工程技术的发展为肝类器官的建立和培养提供了良好的技术支持。肝脏类器官的建立可以应用于病人的个性化治疗及再生医学领域。在本文中，作者综述了目前国内外主要的建立肝类器官的方法及其应用，并讨论了其限制及挑战。

图示：生物工程方法建立肝脏类器官

往期推荐：新加坡国立大学Huck-Hui NG等综述新兴的肝脏类器官技术及其前景通讯作者

Yun-Shen CHAN，生物岛实验室马普组织干细胞与再生医学研究中心研究员，致力于研究细胞命运和开发先进的细胞模型，用于疗法和疾病模型的研究。

通讯作者

Huck-Hui NG，新加坡国立大学生物化学系教授，致力于使用全基因组的方法来解析胚胎干细胞的转录调控网络，识别该网络中的关键节点。

2019年，《细胞再生》(Cell Regeneration)经过了编辑队伍和期刊方向调整等大动作后，再度出现在学界同仁的视线中。该杂志是中国细胞生物学学会的官方出版物，采取开放获取（OA）的出版模式，在学会支持下目前不向作者收取发表费用（APC）；致力于促进领域内科学家发表研究成果、交流科研心得，助力推动细胞再生的基础研究及其向临床的转化。

2020年，中国细胞生物学学会携手SpringerOpen共同出版《细胞再生》，共同打造高质量的出版平台，为广大作者和读者提供更好的服务。

原标题：《【学术前沿】专辑讲述 | 类器官作为研究发育和疾病的模型（上）》

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