前言：病人的宿运可能就藏在一个小小的细胞中，同样地，治疗的结果也完全由细胞决定。如今，科学家们可以从病人体内取出一些细胞，放在培养皿中，培养出所谓的“类器官”——一种三维的微器官，与来源组织和器官高度相似，关键是这一切可以在实验室中完成。虽然类器官并不是器官的完美替代品，但是它与来源器官有很多的相似之处，包括细胞的结构、作用、遗传性以及特定的功能。

类器官可以说是神奇的“多面手”，它能够让我们更好地理解生物发育，同时帮助我们治愈疾病。有了类器官，研究人员可以深入观察人体的变化、检验药物的功能以及发展实验室层面的再生治疗法。

内容来源 | closerlookatstemcells.org

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类器官与病毒研究

不管是从实际层面还是道德层面，活体人脑都是无法进行研究的。而类器官技术可以帮助模拟人脑的发育，揭示外伤和疾病对其的伤害。

2015年一种名为“寨卡”的病毒肆虐中南美洲，其中巴西甚至出现超过4,100例新生儿小头畸形，新生儿小头畸形被怀疑与寨卡病毒相关。研究人员随后在胎儿被诊断患有头小症的孕妇的羊水中发现了寨卡病毒，但缺乏足够的数据证明两者间的直接关系。

图1 图中红色部分是寨卡病毒

它们的直径为40纳米

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Guo-li Ming采用诱导多能干细胞来培育人脑的类器官模型，使其感染寨卡病毒，观察病毒对脑发育可能造成的影响。结果表明，模型相当容易被感染，神经干细胞数量相比于未感染的对照组大大减少。利用类器官技术，Ming和她的团队确认了寨卡病毒是导致头小症的元凶。更重要的是，这种研究方法可以举一反三、广泛应用于病毒研究。

种一个更好的“大脑”

尽管类器官已经能够表达一个器官绝大部分的信息，然而很多细节依然被忽视了。为了更好地进行生物学研究，类器官必须完全拷贝来源器官的结构，甚至是完全相同的细胞和组织。

图2 脑组织（右）与小鼠发育中的脑的比较（左）

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Jürgen Knoblich团队致力于大脑类器官研究，尤其是大脑结构的完整性。大脑就像一块复杂的电路板，神经元（神经细胞）的排列位置对于大脑的作用来说是至关重要的。为了得到一个精密的结构，Knoblich团队利用诱导多能干细胞来培育类器官模型，并应用生物工程技术，引导大脑组织按照预先设定的生长轴来进行生长，以模拟出自然状态下大脑的发育过程。

利用相关技术，Knoblich团队的类器官模型已非常接近真实的人类大脑。接下来一步就是模拟大脑缺陷，这对了解一些潜在结构缺陷的脑疾病是至关重要的，比如癫痫、自闭症和精神分裂症。

“私人订制”疗法

我们已经意识到一种药物不可能适合所有病患，于是研究人员正在利用类器官技术检验药理，换句话说用病人自己的细胞来检验某一种药是不是有效果。这种实验室层面的检验方法大大节省了病患的时间，同时减轻了他们在药物治疗中试错带来的痛苦。

Hans Clevers和同事们从囊胞性纤维症患者体内提取出肠道干细胞，并培养出类器官模型。囊胞性纤维症是一种严重的基因疾病，它会损害肺、消化道以及其它器官。市面上经FDA批准的治疗药物只能被用于常规突变的病人，而常规突变只占到所有囊胞性纤维症病人的一半。

图3 从肠组织中培育类器官（示意图）

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Clevers的实验室利用微型类器官来替代病人，这样就能够同时实验多种药物并监测每一种产生的作用。在荷兰（这种检测法的发源地），Clevers用类器官模型为数个病人进行了药物检测，效果喜人。Clevers打算开展一个项目，联合荷兰的保险公司，为荷兰所有囊胞性纤维症患者检测已有的药品以及即将上市的新药。这样一来，治疗就变成了“私人订制”，可以根据患者个体的需求来进行治疗。

过程很重要

为了更好地了解疾病发生的机理，我们必须懂得发育生长背后的基本机制。Melissa Little研究的是儿童遗传性肾病，她的团队利用诱导多能干细胞型类器官来培育儿童细胞和肾脏结构。类器官能模拟出正常肾脏和不正常肾脏的发育过程。

Little团队正尝试应用CRISPR/Cas9（一种修改缺陷基因的方法）来修正导致遗传性肾病的基因。这将极大地推动潜在疗法的应用。

图4 Cas9示意图

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展望未来医疗

利用类器官治疗的路还有很长。2017国际干细胞研究学会ISSCR峰会上指出，现阶段研究人员在培养皿中模拟器官发育，这样做是有很大局限性的。因为真实情况非常复杂，没有一个组织或者器官能在一个孤立的环境中工作，在生物体中，各种器官高度合作，共同产生作用，处于一个动态平衡的状态。

图5 ISSCR LOGO

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于是研究人员正想方设法增加系统的复杂度，比如将多个类器官整合在一起、或者是联结不同的类器官来研究多器官之间的相互作用。真实情况是，某个类器官对药物的反应或是变化会影响其他类器官。所以，增加系统的复杂度是类器官技术发展的下一步目标。

小细胞，大作用

也许类器官技术会在不久的将来改变整个现代医学。有了类器官，我们可以模拟人类多方面的发育过程，可以模拟更多（遗传性、感染性、癌症等等）疾病的机理，可以尝试并监测药物治疗的效果，更可以推进新的再生疗法。

这些都蕴含在小小的细胞里。

图6

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