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作者：Lauren
導言：類器官可以說是神奇的“多面手”，它能夠讓人類更好地理解生物發育，同時幫助人類治癒疾病。有了類器官，研究人員可以深入觀察人體的變化、檢驗藥物的功能以及發展實驗室層面的再生治療法。
隨著類器官培養系統以及其實驗開發技術的不斷髮展，類器官應用到了各大研究領域。到目前為止，類器官培養已用於各種組織，其中包括腸道、心臟、肝臟、胰腺、腎臟、前列腺、肺、視網膜以及大腦。類器官能更好地模擬體內環境，無疑在動物和細胞水平之間，為腫瘤研究、藥物篩選、再生醫學等領域提供了一個更好方案。
本文中，小編整理了2020年科學家們在類器官領域的重要研究進展，分享給大家！
【1】Cell Stem Cell：使用“微型腸道”類器官方法，培養出腸道組織複製品
DOI: 10.1016/j.stem.2020.06.021
莫納什大學的研究人員在世界上首次發現了一種關鍵的生物分子神經調節蛋白-1（Neuregulin-1），它通過促進幹細胞再生受損組織來增強腸道內壁的修復。莫納什生物醫藥發現研究所的Helen Abud 教授和Thierry Jardé 博士領導，研究了腸道幹細胞周圍的環境，並採用了“微型腸道”有機物方法，即在培養皿中培養腸道組織的微小複製品。這項研究定義了與腸道幹細胞非常接近的關鍵細胞，這些細胞產生生物分子Neuregulin-1，直接作用於幹細胞，啟動修復過程。
這項研究為開發以神經調節蛋白-1為基礎的治療方法開闢了新的途徑。使用“微型腸道”類器官方法，培養出腸道組織複製品，對於開發支持腸道組織修復非常重要。
【2】新發現：3D打印釐米級人類心臟泵類器官，能夠正常泵血
DOI: 10.1161/CIRCRESAHA.119.316155
在2019年4月，以色列的科學家們成功用3-D打印出一顆“人造心臟”，這是人類首次成功設計並打印出一個具有細胞、血管、心室和心房的心臟。雖然這顆心臟裡的細胞可以出現收縮，但不能像正常心臟一樣搏動泵血。最近，美國明尼蘇達大學的研究人員首次用3D打印釐米級人類心臟泵，能夠正常運轉。
這項研究發表在美國心臟協會出版的《循環研究》（Circulation Research）雜誌的封面上。
與過去其他備受關注的研究相比，這項發現創造了一個類似於封閉的囊狀結構，有一個液體入口和一個液體出口，研究人員可以在這裡測量心臟如何使血液在體內流動。這使得這個囊狀結構成為研究心臟功能的寶貴工具。
心臟肌肉模型大約1.5釐米長，是專門設計適合進入老鼠的腹腔進一步研究。雖然這些看起來是一個簡單的概念，但如何實現它是相當複雜的。研究人員已經看到了這種潛力，他們認為這項新發現可能會對心臟研究產生革命性的影響。
【3】CELL：病人源性膠質母細胞瘤類器官培養新方法
DOI:https://doi.org/10.1016/j.cell.2019.11.036
1月9日，美國賓夕法尼亞大學等科研機構的科研人員在Cell上發表了題為“A Patient-Derived Glioblastoma Organoid Model and Biobank Recapitulates Inter- and Intra-tumoral Heterogeneity”的文章，建立了病人源性膠質母細胞瘤類器官（glioblastoma organoid，GBO）模型和生物庫，涵蓋了腫瘤內及腫瘤間異質性。該研究表明GBO保留了膠質母細胞瘤的主要特徵，可以迅速用於治療患者。科研人員建立的生物庫為膠質母細胞瘤基礎和轉化研究提供了豐富的資源。
【4】Science：首次構建出人類前腦的三維類器官
DOI: 10.1126/science.aay1645
在一項新的研究中，來自美國斯坦福大學的研究人員首次構建出人類前腦的類器官。相關研究結果發表在2020年1月24日的Science期刊上，論文標題為“Chromatin accessibility dynamics in a model of human forebrain development”。在這篇論文中，他們描述了對這種類器官的培育及其用途。作為球狀結構，人類前腦類器官可以自組裝成前腦的不同部分。作為這項研究的一部分，這些研究人員還找到了一種方法來極大地延長人類前腦類器官的壽命（長達300天），這足以觀察到它們發展成更復雜的結構。他們希望，如此長的生長時間將允許研究腦部疾病產生，並可能找到阻止疾病發生的方法。
【5】首次構建出人類胰腺癌亞型的小鼠模型
DOI：10.1158 / 2159-8290.CD-20-0133
冷泉港實驗室（CSHL）的科學家創建了第一個胰腺癌小鼠模型，該模型重現了人類疾病的兩種亞型。該模型於2020年7月23日發表在《癌症發現》雜誌上，將幫助研究人員調查為什麼某些胰腺癌比其他胰腺癌更具侵略性，以及導致胰腺癌進展的原因，從而為靶向治療鋪平了道路。
【6】Nature：“水凝膠”可衍生小鼠和人類肝臟類器官
doi.org/10.1038/s41467-020-17161-0
儘管肝臟具有顯著的再生潛力，但慢性炎症和瘢痕嚴重損害肝臟再生，因此器官移植成為嚴重肝衰竭患者的唯一治療選擇。最近的研究表明，纖維蛋白和層粘連蛋白-111的複合基質可以用於肝臟類器官的生長。
在這項研究中，研究人員報告了一個化學定義和機械調節的三維培養系統為小鼠和人類肝祖細胞和類器官的基礎研究和再生醫學應用。他們通過調節合成微環境的機械性能以匹配小鼠肝臟的生理剛度來優化肝臟類器官衍生的效率。最後，精確地模擬了纖維化肝臟的僵硬，並證明了異常肝臟的機制。
【7】Nature：綜述：人類類器官——人類生物學和醫學的模型系統
doi.org/10.1038/s41580-020-0259-3
所有類器官的共有特徵之一是它們通過模仿人類發育或體外器官再生而由多能幹細胞（PSC）或成年幹細胞（AdSC；也稱為組織幹細胞）產生。因此，類器官形成的分析可以提供有關人類發育和器官再生的潛在機制的有價值的信息，突出其對基礎生物學研究的價值，以及它們在藥物測試和分子醫學中的潛在應用。
通過人類幹細胞的基因工程，以及直接從病人活檢樣本中產生類器官時，人類類器官已被用於研究傳染病、遺傳疾病和癌症。與已建立的細胞系和動物模型相比，類器官技術的發展仍處於起步階段，仍需克服挑戰。
【8】基於水凝膠的Milliwell陣列，用於標準化和可擴展的視網膜類器官培養
doi.org/10.1038/s41598-020-67012-7
Sasai和他的同事們開創性的工作已經證明，多能幹細胞（PSC）可以在體外被刺激形成視網膜器官。因此，視網膜類器官有潛力以前所未有的方式加速眼科研究和藥物發現，它提供了無限的視網膜神經元來源。
研究人員報告了一種組織工程方法，通過在最佳的物理化學微環境中培養小鼠胚胎幹細胞（mESC）來加速和標準化視網膜類器官的產生。由仿生水凝膠組成的圓形底部微孔陣列，結合優化的培養基配方，以高效和定型的方式促進了mESC聚集體快速生成視網膜樣組織：∼93%的聚集物含有視網膜類器官結構。26日齡的視網膜類器官由80%的感光細胞組成，其中22%為GNAT2陽性的視錐細胞，這是一種重要而罕見的感覺細胞類型，在齧齒類動物模型中很難研究。
【9】人類癌症類器官的甲基化圖譜公開
doi.org/10.1080/15592294.2020.1762398
對於實體瘤的研究，用稱為類器官的3D培養細胞能夠更好的反映原始腫瘤特徵，對於研究腫瘤細胞之間通訊、實體瘤結構形成、腫瘤細胞表觀遺傳學變化以及細胞遷移侵襲等特徵更具優勢。但是每個實驗室可能有不同的樣本來源、用自己的培養方法來建立這些3D腫瘤模型，這可能導致實驗結果在不同實驗室之間難以重複、妨礙了所獲得數據的進一步驗證和引用。
來自Josep Carreras白血病研究所（IJC）主任Manel Esteller博士領導的一個研究小組對此展開研究。研究人員用來自Illuminar的一種能拷問超過850,000個CpG位點的微陣列芯片 Epigenetic Infinium MethylationEPIC BeadChip （EPIC），對ATCC提供的25種人類癌症類器官進行DNA甲基化狀態做圖景分析。結果發現所研究的類器官能更好地保留原發組織的表觀遺傳背景，更接近相應原發腫瘤的DNA甲基化分佈。已開發的研究表明，這些腫瘤模型對生物醫學研究界和製藥公司開發抗癌藥物非常有用。
【10】2.5D類器官模型助力膀胱癌研究，快速又經濟
doi.org/10.1038/s41598-020-66229-w
三維（3D）類器官培養在癌症精準醫療中有著廣闊的前景。不過，在3D類器官培養過程中需要基底膜和刺激幹細胞的添加劑。與2D培養相比，它需要投入更多的時間和經費。因此，研究人員一直在嘗試開發無需基底膜且更加經濟的類器官培養方法。
2020年6月，日本農工大學的研究人員成功建立了2.5D類器官培養模型，並將這項研究成果發表在《Scientific Reports》雜誌上。為了開發這種新方法，研究人員將注意力在犬膀胱癌上，這種疾病的發生率與人相似。他們從犬的尿液中採集了患病細胞，並採用一種全新的2.5D方法對其進行培養。
與3D類器官相比，2.5D類器官的幹細胞標誌物表達模式相似，但細胞增殖速度更快。他們將2.5D類器官細胞注射到免疫缺陷小鼠中，發現會形成腫瘤，並顯示出尿路上皮癌的組織病理學特徵，與膀胱癌3D類器官的注射結果相似。在利用抗癌藥物處理時，2.5D類器官表現出與3D類器官相似的敏感性。研究人員認為，這種2.5D類器官培養方法有望取代3D類器官，應用於膀胱癌的研究和治療。
相信類器官技術會極大的促進腫瘤臨床研究，加快抗腫瘤新藥的研發進程！
