达拉斯——北德克萨斯大学(University of North Texas)科学家报告了一项在构建人类器官微型实验室培育复制品方面的突破。
这些被称为"类器官"(organoids)的复制品可模拟真实器官的部分功能与结构，但关键限制在于缺乏血管系统。北德克萨斯大学(UNT)团队与斯坦福大学(Stanford University)合作，成功培育出拥有自主血管的迷你心脏。研究人员还运用相同策略，创建了带血管的迷你肝脏。
这项6月发表于《科学》(Science)杂志的研究，为开发更逼真的器官模型以研究疾病和测试临床疗法开辟了新路径。波士顿贝斯以色列女执事医疗中心(Beth Israel Deaconess Medical Center)干细胞与类器官研究实验室主任朱塞佩·佩蒂纳托(Giuseppe Pettinato)表示，该研究有望帮助科学家克服体外生成完整器官的技术障碍，他未参与此项研究。
正确的配方
类器官由模拟真实组织的干细胞培育而成。北德克萨斯大学生物医学工程助理教授、该研究共同作者亚当·杨(Adam Yang)指出，尽管自2000年代中期以来类器官培育技术取得进步，但血管整合挑战始终存在。
杨解释道，将干细胞引导为组织需要精确调控营养成分与生长化学物质的配比及时机。传统方法是让各类细胞在各自理想条件下成熟后再混合，但在真实器官中，多种细胞类型并行发育且相互影响生长。
杨及其团队专注于心脏类器官培育，该项目始于2016年他在斯坦福大学的研究，并于2020年加入北德克萨斯大学时延续推进。
研究人员采用几何引导技术精确排列人类干细胞，杨说。为追踪细胞发育，团队添加了针对不同细胞类型发出荧光的基因标签，并提供特制营养配方促进血管与心脏组织同步生长。该方法使研究人员得以实时观察人类心脏发育过程。"第9或10天即可观测到心脏跳动，"杨说。
经两周培育，迷你心脏成功构建出含中空管道的分支血管系统（虽无循环血液），并形成与完整心脏相同的三层结构及部分神经细胞。
杨表示，测试证实这些类器官在形态与功能上类似于人类怀孕六周半时的心脏。为验证该技术普适性，科学家采用相同方法培育出迷你肝脏，其血管网络与多种肝细胞同步发育。
开启个性化医疗的大门
佩蒂纳托指出，由于杨团队培育的是技术意义上的"原肠胚样体"(gastruloids)，其能否生成成熟血管化模型尚存疑问。他解释道："原肠胚样体有助于理解身体早期发育机制，但类器官必须具备能模拟真实器官的功能性3D结构。"
此类类器官为科学家提供器官形成过程的全景视角，可模拟人体组织疾病并测试药物反应，有望加速药物研发并推动个性化医疗发展。
类器官已在临床前研究中广泛应用：肠道类器官(Intestinal organoids)揭示了COVID-19侵入肠道机制，脑类器官(Brain organoids)阐明早发性帕金森病病理，癌症类器官(Cancer organoids)则用于筛选化疗方案并为乳腺癌患者匹配精准疗法。
杨承认，要创造具备体内同等复杂血管系统的类器官仍需努力。他计划复制动脉静脉等大型血管，甚至实现血液在类器官中的循环。另一创新方向是将纳米材料整合至类器官，开发其在基因治疗(Gene therapy)等领域的诊断与治疗潜力。
"在基因治疗中，类器官可测试补偿缺陷基因的药物，在人体试验前评估风险，"杨表示，"若能建立普适性疗法测试系统，将为临床试验提供更可靠指导。"
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