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精準醫學的機遇與挑戰——類器官研究

閱讀:927      發布時間:2024-1-3
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類器官的起源可以追溯到1907年,當時美國貝克羅萊那大學教授威爾遜 (H. V. Wilson) 發現通過機械分離的海綿 (sponge) 細胞可以重新聚集并自組織成為新的具有正常功能的海綿有機體,他的研究結果于1910年發表3。海綿是生活在水中的多細胞動物,它們的細胞之間沒有緊密的連接,因此可以自由地分離和重組。威爾遜的實驗揭示了細胞自組織的現象,為后來的類器官研究奠定了基礎。

類器官的發展經歷了幾個階段,從最初的細胞聚集體,到具有一定結構的細胞團,再到具有復雜結構和功能的類器官4。其中,一個重要的里程碑是2009年,荷蘭胡伯雷赫特大學的漢斯·克萊沃斯 (Hans Clevers) 教授和他的團隊成功地從小鼠的腸道干細胞培養出了腸道類器官,也被稱為“小腸" (mini-gut) 5。這是第一個具有完整結構和功能的類器官,它可以模擬小鼠的腸道的形態和生理。克萊沃斯教授的研究開啟了類器官的新時代,為后來的各種類器官的培養提供了范例和方法。

隨著類器官技術的不斷進步,目前已經成功地培養出了多種類器官,包括肝臟、腎臟、胰腺、胃、肺、心臟、腦、眼、耳等。這些類器官不僅可以模擬正常的器官,還可以模擬疾病的器官,例如,癌癥類器官、遺傳病類器官、感染類器官等。這些類器官可以從不同來源的細胞培養而來,例如,胚胎干細胞、成體干細胞、誘導多能干細胞、腫瘤細胞等。這些類器官可以在不同的體外微環境中培養,例如,凝膠、微流控芯片、生物反應器等。這些類器官可以在不同的尺度上培養,例如,微米級、毫米級、厘米級等。


類器官的應用和前景

類器官作為一種新型的生物技術,具有很多的應用和前景,主要包括以下幾個方面:

器官發育和生物學研究。類器官可以模擬器官的發育過程,揭示器官的形成和分化的機制,為理解器官的生物學提供了新的視角和平臺。例如,通過類器官,可以研究器官的形態建成、細胞極性、細胞分化、細胞命運、細胞信號、基因調控等方面的問題。

疾病模型和藥物篩選。類器官可以模擬疾病的器官,為疾病的發生和發展的機制提供了新的線索和證據,為疾病的診斷和治療提供了新的方法和手段。例如,通過類器官,可以研究癌癥的發生和轉移、遺傳病的表現和變異、感染病的侵入和清除等方面的問題。類器官還可以作為一種新型的藥物篩選和藥敏檢測的模型,為藥物的開發和評價提供了新的工具和標準。例如,通過類器官,可以測試藥物的效果和毒性、優化藥物的劑量和方案、預測藥物的個體差異和副作用等方面的問題。

再生醫學。類器官可以模擬正常的器官,為器官的修復和再生提供了新的思路和途徑,為器官的缺失和損傷提供了新的解決方案和希望。例如,通過類器官,可以培養出具有完整結構和功能的器官,用于替代或輔助受損的器官,或者作為移植的供體,以解決器官的短缺和排斥等方面的問題。

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