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【学术前沿】专辑讲述 | 类器官作为研究发育和疾病的模型（下）

2022-05-20 17:00

来源：澎湃新闻·澎湃号·政务

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。

Deciphering and reconstitution of positional information in the human brain development

PMID：34467458 扫码阅读全文：

随着培养方案的改进，目前的脑类器官可以自组成一个复杂的三维组织，在分子、细胞水平上模仿真正的人类大脑的大部分特征。位置信息是一种被称为形态发生素的信号分子梯度传递的重要特征，缺乏这种信息会导致大脑器官发育中缺乏时空调控的细胞排列和细胞与细胞之间的相互作用。本文从脑类器官研究的历史和现状入手，综述并探讨Wnt、BMP和Shh这三种主要形态发生素在体内脑发育和体外脑类器官培养中的重要作用，并总结当前构建脑类器官培养系统中建立正确位置信息的策略，为类器官研究领域的发展提供展望。

图示：脑类器官培养系统的发展史

徐鹏飞，浙江大学教授，主要研究方向：胚胎发育和器官生成，类器官和类胚胎的人工构建。

Monitoring NAD(H) and NADP(H) dynamics during organismal development with genetically encoded fluorescent biosensors

PMID: 35103852 扫码阅读全文：

细胞代谢在机体发育中起着至关重要的作用，然而由于缺乏原位代谢物测定等原因，其研究较为困难。基因编码荧光传感器是一种强大的工具，可以通过高度的时空可视化实现活细胞和体内的非侵入性代谢监测。在所有生物中，NAD(H)和NADP(H)是维持氧化还原稳态和调节细胞代谢所必需的辅酶。在本文中，作者介绍了NAD(H)和NADP(H)生物传感器，并描述了传感器如何在发育生物学研究中发挥作用。

图示：利用SoNar监测受精卵发育24或48小时体内NADH/NAD+代谢

赵玉政，华东理工大学教授，致力于细胞代谢监测与成像新技术开发，细胞代谢调控机制研究，衰老及相关疾病即时诊断与创新药物开发。

Retinal Organoids as Models for Development and Diseases

PMID: 34719743 扫码阅读全文：

多能干细胞来源的视网膜类器官(ROs)的发展为视网膜发育研究带来了显著的机遇，同时也为视网膜疾病治疗提供了新思路。随着对视网膜类器官模拟原生视网膜能力的逐步认识，这些临床前模型可以促进视网膜疾病新治疗策略的开发。基因修饰或患者来源的ROs可以模拟真实疾病的生理微环境。然而，目前三维ROs技术仍处在起始阶段，尚缺乏通用的定量分析方法。提高ROs稳定性，明确其与和天然视网膜之间的差异，是确保Ros 研究可以顺利临床转化造福视网膜疾病患者的关键。本文中，作者简要地讨论了ROs的建立方法、作为疾病模型在科研及临床中的应用等，帮助我们更好地了解ROs在视网膜发育和疾病中的作用。

图示：视网膜类器官示意图

金子兵，北京市眼科研究所所长，教授，长期从事遗传性视网膜疾病的诊治研究。

Modeling human neurodevelopmental diseases with brain organoids

PMID: 34982276 扫码阅读全文：

大脑的复杂性、组织样本的难以获取、相关的伦理问题等，使得研究人类神经发育疾病极具挑战。由人类多能干细胞(hPSCs)建立的脑类器官能够模拟人类大脑不同特征和功能，为了解人类大脑提供了全新方案。在过去的几年里，作为新兴技术的脑类器官被迅速应用于神经系统疾病表型、潜在机制、乃至药物研发等相关研究。在本文中，作者为我们综述了脑类器官用于模拟人类神经发育障碍的最新进展。

图示：大脑类器官的建立方法

向阳飞，上海科技大学研究员

研究内容：干细胞与神经生物学、类器官。

Brain organoid-on-chip system to study the effects of breast cancer derived exosomes on the neurodevelopment of brain

PMID: 35254502 扫码阅读全文：

早期人类大脑发育可能受到多种产前因素的影响，乳腺癌是怀孕期间常见的的癌症之一，目前还不清楚乳腺癌是否会影响胎儿的大脑发育。乳腺癌细胞分泌的外泌体在介导细胞间通信和不同器官之间的相互作用中起着关键作用。在这项工作中，作者在微柱芯片阵列中设计了人诱导多能干细胞(hiPSCs)衍生的脑类器官，并探讨了乳腺癌细胞(MCF-7)衍生的外泌体对大脑早期神经发育的影响。

图示：由干细胞建立脑类器官示意图

秦建华，中国科学院大连化学物理研究所，研究内容：主要致力于微流控系统与整合生物医学前沿交叉研究。

The truth lies somewhere in the middle: The cells responsible for liver tissue maintenance finally identified

PMID: 34346024 扫码阅读全文：

肝小叶（hepatic lobule ）是肝脏的基本结构和功能单位，呈多面棱柱状。肝小叶结构以中央静脉为中心，肝板、肝血窦围绕中央静脉呈辐射状分布。在功能上，肝脏可以从供氧的角度划分为3个区域。三个区域的肝细胞再生能力是否相同还不清楚。本文为评论文章，作者根据最新研究结果讨论肝小叶的不同区域肝细胞在稳态维持和损伤修复中作用差异，研究证明肝小叶2区肝细胞是肝脏生理稳态和损伤再生过程中肝细胞的来源。这对理解肝脏生物学和病理学方面取得了重要的进展，特别是在慢性肝病和肝脏肿瘤发生的机制基础上提供了重要的意义，为未来加速肝类器官和人工肝的体外再生医学和药物筛选铺平道路。

图注：2区肝细胞对整个肝小叶肝细胞的稳态维持起重要作用

Tohru Itoh，东京大学定量生物科学研究所研究员，主要研究肝脏发育、稳态和再生的机制。

Development of islet organoids from Human induced pluirpotent stem cells in a cross-linked collagen scaffold

PMID:34850295 扫码阅读全文：

糖尿病是由遗传因素与环境因素共同作用导致的一种全身性代谢性疾病，严重危害人们的生命健康及生活质量。胰岛β细胞作为终末分化的细胞，损伤后不能进行自我修复或更新。利用类器官模拟生成胰岛，获得可用于移植的功能性胰岛β细胞，为根治糖尿病提供了全新的治疗方案，被认为具有重大医学前景。在本文中，作者报道了在体外成功构建人源胰岛类器官，并比较了不同生物支架包埋的胰岛类器官的效果，该研究对糖尿病药物筛选与开发、糖尿病替代疗法等研究领域具有重要价值。

往期推荐：Cell Reg | GACO胶支架包埋胰岛类器官的研究通讯作者

Shashi Singh

印度CSIR细胞和分子生物学中心教授

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（下）》

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