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微流體裝置,例如這種“芯片肺”可用作幹細胞生物學家的精細的研究工具。人類幹細胞產生的3D微型組織,可用於在體外研究正常人類生物學和人類疾病。避孕方法
日本慶應大學醫學院(KeioUniversitySchoolofMedicine)的幹細胞研究人員ToshiroSato在實驗室的顯微鏡下觀察了一個培養皿。不過他看到的不是一片細胞,而是更復雜的結構——肉眼幾乎無法看清的球形組織。這些組織就是類器官。在適當的環境條件,幹細胞會分化,並排列成與特定組織或器官類似的3D結構。,因此對於經常食用高脂肪、高熱量、高蛋白食物的都市工作人群,Abbottheptral有很大的幫助作用,同時患有輕度脂肪肝的用戶有著很好的改善效果,因此對於經常食用高脂肪、高熱量、高蛋白食物的都市工作人群,Abbottheptral有很大的幫助作用,同時患有輕度脂肪肝的用戶有著很好的改善效果。。
類器官可由多潛能幹細胞(具有分化成任意身體組織類型,例如肌肉、皮膚、腸道和大腦的潛能)分化形成。當在合適的條件下生長時,例如使用特定的生長因子時,幹細胞自我組織成與體內組織類似的、由不同細胞組成的結構。相比之下,芯片器官(organs-on-chip,OOC)通常通過將幹細胞和已經分化成所需細胞類型的細胞按照位置和結構布置在微型裝置上。英國劍橋醫學研究委員會分子生物學實驗室(MRCLaboratoryofMolecularBiology)的發育生物學家MadelineLancaster指出,類器官與OOC之間的區別在於“是自組織,還是人工構建”。子宮內膜異位
類器官被評為了去年《自然》(Nature)雜誌的年度技術,並越來越多地被用於研究正常發育和疾病進展。例如,Sato的研究小組利用類器官來研究腫瘤形成的早期階段。他的研究小組使用CRISPR基因編輯技術來改變幹細胞中的DNA序列,然後研究這些突變如何影響類器官的發育。Sato表示,這種方法通過測試特定突變是否會重演癌癥發展來研究因果性。
類器官和OOC在評估藥物、化學品和化妝品的功效和安全性方麵也很有潛力,並可能被應用於再生醫學。哈佛大學(HarvardUniversity)懷斯生物啟發工程研究所(WyssInstituteforBiologicallyInspiredEngineering)的創立者DonaldIngber舉了個例子:隨機臨床試驗麵臨的挑戰是如何比較治療效果,因為參與者的遺傳學和生活史可以影響他們對候選藥物的反應。來自患者細胞的OOC和類器官具有相同的遺傳學和臨床歷史,因此可以消除這些混雜效應。然而,這些技術還有待進一步發展,例如如何擴大生產規模以滿足不斷增長的基礎和應用研究需求,同時提高可重復性,並保持類器官和OOC與其所代表的體內器官的保真度。
培養皿裏的器官
研究人員用來製造類器官和OOC的多潛能幹細胞包括天然胚胎幹細胞(embryonicstem,ES),以及通過誘導已分化細胞(如成纖維細胞)而得到的、具有多能性的細胞,即誘導多潛能幹細胞(inducedpluripotentstemcell,iPS細胞)。Lancaster利用類器官來研究基本的大腦發育,並確定自閉癥和精神分裂癥等復雜疾病的誘發因素,同時使用ES細胞來開發和測試研究方案和新模型。Abbott heptral
用於研究遺傳性疾病或個性化藥物的類器官通常由成體幹細胞或iPS細胞製成,這些細胞經過改造後具有患者特異性。荷蘭烏得勒支幹細胞與發育生物學研究所(HubrechtInstitute)的遺傳學家HansClevers利用源自腸幹細胞的類器官來預測囊性纖維化患者對各種藥物的反應。囊性纖維化可由單個基因CFTR中的任何突變引起。盡管臨床上已有囊性纖維化的療法,但是非常昂貴,且僅適用於具有特定突變的患者。Clevers的研究小組現在正在測試源自荷蘭600名不攜帶這些突變的囊性纖維化患者的類器官。其基本原理是,如果藥物能導致患者的類器官在測定條件下膨脹,那麼患者也可能對該療法產生反應。

Nature:人類3D幹細胞
同樣,Sato的團隊也開發了一種使用成體幹細胞產生腸類器官的方法。他現在正參與一項臨床試驗,以測試由8名患者的幹細胞製成的組織是否可被安全地植入腸道,以修復由潰瘍性結腸炎引起的損傷。
在癌癥研究和藥物開發中,類器官已經證明了自身的價值。國際人類癌癥模型計劃(InternationalHumanCancerModelsInitiative)正在開發“二代”類器官模型,其中某些DNA序列已被註釋。通過研究臨床數據,研究人員可以將他們在類器官上的發現與患者特征和結果聯係起來。美國國家癌癥研究所癌癥基因組辦公室(NationalCancerInstitute’sOfficeofCancerGenomics)的主任DanielaS.Gerhard表示,今年晚些時候,人們就可以從美國典型培養物保藏中心(AmericanTypeCultureCollection,ATCC)訂購這些類器官了。ATCC最開始將提供約150種不同的類器官模型,目前售價尚未確定。由Clevers擔任首席科學家的Hubrecht類器官生物樣本庫(HubrechtOrganoidTechnologybiobank)提供了數百種來自成體幹細胞的不同類型的器官,價格在2000到3000歐元之間(折合1700-2600美元)。Clevers等人使用來自18名患者的結腸直腸癌細胞衍生的類器官來檢測83種抗癌化合物。類器官中的耐藥模式與已知的耐藥突變相對應,表明類器官可用於預測患者對特定藥物的反應。
Clevers指出,由ES細胞和iPS細胞衍生出來的組織是研究復雜的發育過程的理想模型,但它們的生產周期較長,可能需要數周或數月;若由成體幹細胞構建類器官,則生產周期短一些。由於構建時間短,被引入突變的概率也更小,因此相對於ES和iPS,由成體幹細胞構建的類器官的重現性更好。
培養類器官的過程類似於標準的組織培養工作。Sato表示,即便是新入門的研究生,也可以在幾周內輕鬆培育出類器官。Lancaster補充,由幹細胞構建組織是一件很容易的事,難點在於結果解讀。我們很難確定得到的類器官更像哪些真實組織。
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