实验室制造方法可能是改进药物测试和科学研究的一步
作者：米里亚姆·福齐亚
科学记者
2025年9月23日
| 更新时间：美国中部夏令时上午6:00
| 阅读时长：4分钟
北德克萨斯大学的亚当·杨教授及其一名学生在2025年1月23日的照片。
Pete Comparoni / Pete Comparoni/北德克萨斯大学
北德克萨斯大学的科学家报告了在构建微型实验室培育的人类器官复制品方面的突破。
这些被称为类器官（organoids）的复制品可以模拟真实器官的某些功能和结构，但一个关键限制一直是缺乏血管系统。北德克萨斯大学团队与斯坦福大学合作，成功培育出拥有自身血管系统的迷你心脏。使用相同策略，研究人员还创建了血管化的迷你肝脏。
这项6月发表在《科学》杂志上的研究表明，这为研究疾病和测试临床疗法提供了更真实的器官模型路径。波士顿贝斯以色列女执事医疗中心干细胞和类器官研究实验室主任朱塞佩·佩蒂纳托（Giuseppe Pettinato）表示，这项研究有一天可能帮助科学家解决在体外生成完整器官时面临的障碍，他并未参与此项研究。
正确的配方
类器官是从模拟真实组织的干细胞培育而成的。北德克萨斯大学生物医学工程助理教授、该研究的合著者亚当·杨（Adam Yang）表示，尽管自2000年代中期以来类器官培育技术取得了进展，但将血管系统整合进去的挑战依然存在。
引导干细胞形成组织需要精确的营养和生长化学物质的饮食及时间安排。通常，科学家在各自理想条件下使每种细胞类型成熟，然后将它们混合在一起，杨表示。但在真实器官中，多种细胞类型并排发育并相互影响彼此的生长。
北德克萨斯大学生物医学工程助理教授亚当·杨（左），摄于2025年6月24日。
Ahna Hubnik / Ahna Hubnik / 北德克萨斯大学
杨和他的同事专注于培育心脏类器官，这是他2016年在斯坦福大学参与并带到北德克萨斯大学的项目，他于2020年加入该校。
杨表示，研究人员使用一种通过几何线索引导干细胞生长的技术，将人类干细胞排列成精确的形状。
为了追踪每种细胞的发育，杨和他的同事添加了针对不同细胞类型发出不同颜色荧光的基因标记，然后为细胞提供了一种旨在帮助血管与心脏组织一起发育的营养和生长化学物质配方。通过这种方法，研究人员可以实时观察人类心脏的发育过程。"从第九或第十天起，你就能看到心脏跳动，"杨说。
经过约两周的培养，研究人员发现这些迷你心脏已经建立了自己的分支血管系统，包括中空的管道，尽管没有循环血液。迷你心脏还形成了与其大型对应物相同的三层结构，甚至还有一些神经细胞。
杨表示，研究人员进行的测试显示，这些类器官看起来和行为类似于人类怀孕约六周半时的心脏。为了证明他们的配方适用于其他类器官，科学家们使用相同的方法培育出迷你肝脏，这些肝脏发育出了中空的血管网络以及各种类型的肝细胞。
为个性化医疗打开大门
由于杨和他的同事培育的技术上是原肠胚样体（gastruloids）或胚胎样类器官，尚不清楚他们的方法是否会产生成熟的血管化模型，佩蒂纳托表示。
佩蒂纳托解释说，原肠胚样体有助于了解身体在发育早期阶段如何自我组装。"但对于类器官，你必须拥有一个实际的、功能性的3D结构，以模拟真实器官。"
亚当·杨和他的学生在2025年1月23日研究用于模拟和治疗心血管疾病的组织工程系统。
Pete Comparoni / Pete Comparoni/北德克萨斯大学
这类类器官为科学家提供了观察器官如何形成的鸟瞰视角。它们还可以帮助模拟人类组织中的疾病，并测试药物如何与这种组织相互作用。这可能会加速药物发现并为更个性化的医疗打开大门。
类器官已用于临床前研究。肠道类器官已帮助揭示了COVID-19如何侵入肠道，脑类器官正在为早发性帕金森病提供新的见解。癌症类器官正被用于筛选化疗药物，并为乳腺癌患者匹配更有效的治疗方法。
杨承认，要创建具有与体内相同复杂血管系统的类器官，仍有许多工作要做。他希望复制像动脉和静脉这样的大型血管，并可能让真实血液在类器官中循环。
另一个创新研究方向是将纳米材料整合到类器官中，以利用其诊断和治疗潜力，例如用于基因治疗，这也是杨正在研究的方向。
杨表示，在基因治疗中，类器官可用于测试各种补偿故障基因的药物，在人体测试前评估风险。他补充说，如果他和他的团队能够创建一个用于测试任何类型疗法或治疗的系统，它可以为临床试验提供更好的指导和信心。
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