關(guān)鍵詞：類器官；3D培養(yǎng)；成體干細胞；誘導(dǎo)多能干細胞；原代肝細胞；腎近端小管上皮細胞；結(jié)腸上皮細胞；腎小球上皮細胞；支氣管上皮細胞；肺泡上皮細胞；細胞外基質(zhì)；超低吸附培養(yǎng)板；外周血CD34+細胞；臍帶血CD34+細胞；動員外周血CD34+細胞；Organoid；3D Cul-tivation；Adult Stem Cells；Induced Pluripotent Stem Cells (iPSCs)；Primary Hepatocytes；Proximal Tubular Epithelial Cells（PTECs）；Colonic Epithelial Cells（CECs）；Kidney Glomerular Epithelial Cells（GECs）；Bronchial Epithelial Cells（BECs）；Alveolar Epithelial Cells（AECs）；Extracellular Matrix（ECM）；Peripheral Blood CD34+ Cells；Cord Blood CD34+ Cells；Mobilized Peripheral Blood CD34+ Cells

2025年4月10日，美國FDA宣布了一項重大政策轉(zhuǎn)變：將逐步淘汰在單克隆抗體（mAb）藥物安全性評估中強制要求進行動物實驗的規(guī)定，并正式鼓勵采用類器官（Organoid）等人類細胞衍生的新型非動物測試方法（NAMs）作為替代或補充方案。 這標志著藥物安全評估范式向更人性化、更精準科學(xué)轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵一步，也進一步標志著類器官（Organoid）的發(fā)展掀開了新的篇章！

類器官（Organoid）是原始組織樣本中的成體干細胞或誘導(dǎo)多能干細胞【Induced Pluripotent Stem Cells (iPSCs)】通過體外三維培養(yǎng)和自我組裝，再現(xiàn)體內(nèi)組織器官結(jié)構(gòu)的特殊3D培養(yǎng)（3D Cult-ivation）組織結(jié)構(gòu)。目前3D類器官培養(yǎng)技術(shù)已經(jīng)成功培養(yǎng)出大量具有部分關(guān)鍵生理結(jié)構(gòu)和功能的類組織器官，比如：腎、肝、肺、腸、腦、前列腺、胰腺和視網(wǎng)膜等。

圖片來源：網(wǎng)絡(luò)

01    3D培養(yǎng)技術(shù)

球狀體培養(yǎng)是一種初代三維細胞培養(yǎng)技術(shù)，是由原代細胞或癌細胞系在培養(yǎng)過程中自組裝成簡單的球形或多細胞聚集體，保留了三維結(jié)構(gòu)和組織特異性。球狀體培養(yǎng)相對簡單，通過超低粘附培養(yǎng)、懸滴培養(yǎng)、磁化細胞培養(yǎng)等技術(shù)，原代細胞可以不依賴細胞外基質(zhì)Extracellular Matrix（ECM），僅通過相互作用自然聚集形成直徑高達150-175µm的球狀團聚體。與傳統(tǒng)的二維單層細胞培養(yǎng)相比，球狀體培養(yǎng)能夠更真實地反映細胞在體內(nèi)的生理特性，適合腫瘤生物學(xué)研究和高通量藥物篩選分析。

作為另一種3D培養(yǎng)（3D Culti-vation）技術(shù)產(chǎn)物的類器官，其形成機制和應(yīng)用領(lǐng)域與球狀體有很大的不同。類器官是干細胞自我更新和分化能力的體現(xiàn)，能夠在體外形成具有多種細胞類型和生理功能的復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)，高度模擬體內(nèi)生理環(huán)境的能力，更適合用于再生醫(yī)學(xué)和個性化醫(yī)療研究。

因此，類器官培養(yǎng)技術(shù)的本質(zhì)是再現(xiàn)體內(nèi)器官的結(jié)構(gòu)和功能，提供比傳統(tǒng)二維細胞培養(yǎng)和動物模型更接近生理狀態(tài)的模型。體外類器官培養(yǎng)是一項重大的技術(shù)突破，為研究組織發(fā)育、疾病建模、藥物篩選、個性化醫(yī)學(xué)和細胞治療提供了一個強大的工具 。

02    類器官培養(yǎng)方法

類器官一般分為組織來源類器官和誘導(dǎo)多能干細胞【Induced Pluripotent Stem Cells (iPSCs)】來源類器官。前者是從組織中制備單細胞懸液，隨后立即嵌入細胞外基質(zhì)(Extracellular Matrix, ECM) 中， 在特定生長因子的存在下生長至類器官形成；后者則是將多能干細胞的2D培養(yǎng)物用生長因子如激活素A (Activin A) 等誘導(dǎo)為內(nèi)胚層，再在3D培養(yǎng)基中使用特定分化信號，最終得到所需的組織類型。 對于不易獲得組織樣本的器官如腦等，可用 iPSCs 得到類器官。此外，一些類型的類器官只能由iPSCs構(gòu)建，形成的類器官與組織來源類器官相比包含間充質(zhì)層，建立后不能通過傳代延續(xù)，且在體外很難達到成體組織階段，類似胎兒期的組織，具有多能性，能形成更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。對于組織來源的類器官，信號通路的激活是其建立的關(guān)鍵，其培養(yǎng)方案比PSCs衍生類器官簡單，傾向于直接復(fù)制原始組織，形成成熟類器官較快【1】。

目前3D類器官培養(yǎng)基質(zhì)膠技術(shù)已經(jīng)成功培養(yǎng)出大量具有部分關(guān)鍵生理結(jié)構(gòu)和功能的類組織器官，比如：腎、肝、肺、腸、腦和睪丸類等。下面為部分文獻已公布的組織借助細胞外基質(zhì)（Extracellular Matrix, ECM）培養(yǎng)成對應(yīng)類器官可能需要的營養(yǎng)成分/培養(yǎng)基信息。

【肝類器官】

 組織來源：原代肝細胞（Primary Hepatocytes）

 培養(yǎng)基：DMEM/F12、N2、B27、N-乙酰半胱氨酸、胃泌素、EGF、RSPO1條件培養(yǎng)基、FGF10、煙酰胺、HGF【2】

【肺類器官】

 組織來源：支氣管上皮細胞（Bronchial Epithelial Cells，BECs）

 培養(yǎng)基：有谷氨酰胺、 HEPES 緩沖液、抗真菌抗生素、N2補充劑(細胞 培養(yǎng)添加劑)、B27、N-乙酰半胱氨酸、人EGF的 高級DMEM/F12中，以及含有Wnt3a、Noggin和 R-spondin條件培養(yǎng)基【3】

【肺類器官】

 組織來源：肺泡上皮細胞（Alveolar Epithelial Cells，AECs）

 培養(yǎng)基：DMEM/F12、FGF7 (KGF) 、BMP4、ROCK抑制劑、A83-01、Dexamethasone、8-Br-cAMP、B27 Supplement【7】

【腎類器官】

 組織來源：腎近端小管上皮細胞（Proximal Tubular Epithelial Cells，PTECs）

 培養(yǎng)基：Advanced DMEM/F12、Wnt激動劑（R-spondin 1 conditioned medium 或 CHIR99021），Noggin，EGF，F(xiàn)GF2，A83-01（TGF-β抑制劑），B27，Nicotinamide，Y-27632【4】

【腸類器官】

 組織來源：結(jié)腸上皮細胞（Colonic Epithelial Cells，CECs）

 培養(yǎng)基：Advanced DMEM/F12、Wnt-3A Conditioned Medium、R-spondin 1 Conditioned Medium、Noggin Conditioned Medium、EGF、A83-01、Nicotinamide、B27 Supplement、N-Acetylcysteine【5】

【生殖類器官】

 組織來源：子宮內(nèi)膜上皮細胞

 培養(yǎng)基：DMEM、N2、B27、HEPES、谷氨酸、EGF、R-spondin、Noggin、A83-01、CHIR99021【6】

綜上所述，理論上所有組織均有形成對應(yīng)類器官的能力。然而，組織來源獲取難、擴增能力有限及樣本間批次性差等問題限制了從組織發(fā)育到類器官的過程。因此，誘導(dǎo)多能干細胞（Induced Pluripotent Stem Cells ，iPSCs）來源的類器官亦同樣重要，甚至是發(fā)展某些類器官的主要方法！

【來源】起始細胞

【組織】成體干細胞 或 已分化的組織細胞

【iPSC】誘導(dǎo)多能干細胞

【來源】技術(shù)流程

【組織】

①獲取組織樣本

②消化成單個細胞

③在特定因子培養(yǎng)基中培養(yǎng)，自我組織化形成類器官

【iPSC】

① 獲取體細胞（如皮膚成纖維細胞、血細胞）

②重編程為iPSC

③iPSC擴增和定向分化（模仿胚胎發(fā)育）

④形成類器官

【來源】核心原理

【組織】利用成體干細胞固有的自我更新和組織修復(fù)能力

【iPSC】利用多能干細胞的多能性和自我組織能力

【來源】遺傳背景

【組織】保留原組織的所有遺傳信息（包括體細胞突變），能很好地模擬特定個體（尤其是疾病，如癌癥）

【iPSC】保留供體個體的遺傳背景，但不包含后天獲得的體細胞突變

【來源】狀態(tài)

【組織】更接近成年組織的生理和功能狀態(tài)

【iPSC】通常更類似于胎兒或早期發(fā)育階段的組織

【來源】優(yōu)勢

【組織】

①建立速度快

②保真度高，能高度模擬原組織（特別是腫瘤）

③個體化醫(yī)療的理想模型（如藥敏測試）

④技術(shù)相對簡單、成熟

【iPSC】

①來源廣泛

②可擴展性（Scalability）極-強，iPSC可無限擴增

③可生成任何器官類型

④是研究發(fā)育生物學(xué)和遺傳病的完-美平臺

【來源】局限性

【組織】

①來源受限，依賴于侵入性活檢（尤其對腦、心等器官）

②擴增能力有限，傳代次數(shù)過多可能喪失特性

③難以模擬發(fā)育過程

④ 樣本間異質(zhì)性較大

【iPSC】

①流程長且復(fù)雜

②成本高

③存在殘留未分化細胞的風(fēng)險

④表型可能不完-全成熟

【來源】典型應(yīng)用

【組織】

①癌癥研究（病人來源腫瘤類器官PDTOs）

②個性化藥物篩選

③腸道、肝臟等疾病建模（ where biopsies are accessible）

【iPSC】

①發(fā)育生物學(xué)研究

②遺傳性疾病建模

③毒理學(xué)和藥物安全性評估

④多器官互作研究

簡而言之，兩者并非競爭關(guān)系，而是互補關(guān)系。根據(jù)具體的研究問題和目的選擇合適的技術(shù)路徑，或者結(jié)合使用兩者，能夠更全面深入地理解生命機理和疾病治療。如腎小球上皮細胞（Kidney Glomerular Epithelial Cells，GECs）類器官，是目前腎臟類器官研究中的難點和熱點。與已經(jīng)成熟的腎小管類器官相比，腎小球類器官的培養(yǎng)更具挑戰(zhàn)性，因為它需要復(fù)現(xiàn)更復(fù)雜的多細胞結(jié)構(gòu)和獨特的濾過功能。目前主流的腎小球上皮細胞（Kidney Glomerular Epithelial Cells，GECs）類器官模型是從iPSC中獲得，即誘導(dǎo)iPSCs逐步分化為腎祖細胞，并自組織形成包含腎小球和腎小管結(jié)構(gòu)的整體腎類器官，然后從中識別或分離出腎小球部分。因此，合適的可重編程為iPSC的體細胞也至關(guān)重要！

圖片來源：網(wǎng)絡(luò)

03    IPHASE 產(chǎn)品

綜上所述，IPHASE作為體外研究生物試劑引-領(lǐng)者，為滿足市場對類器官發(fā)展的高需求，現(xiàn)已逐步研發(fā)、生產(chǎn)出具有高活性、高純度且批次間差異小的原代肝細胞（Primary Hepatocytes）、腎近端小管上皮細胞（Proximal Tubular Epithelial Cells，PTECs）、結(jié)腸上皮細胞（Colonic Epithelial Cells，CECs）、腎小球上皮細胞（Kidney Glomerular Epithelial Cells，GECs）、支氣管上皮細胞（Bronchial Epithelial Cells，BECs）、肺泡上皮細胞（Alveolar Epithelial Cells，AECs）及多來源如外周血CD34+細胞（Peripheral Blood CD34+ Cells）、臍帶血CD34+細胞（Cord Blood CD34+ Cells）和動員外周血CD34+細胞（Mobilized Peripheral Blood CD34+ Cells）等，助力組織來源類器官和iPSC類器官在疾病研究、藥物篩選與個性化治療等領(lǐng)域的全-方位發(fā)展，為生物醫(yī)學(xué)研究帶來革命性的變化！

IPHASE生產(chǎn)產(chǎn)品均具有以下優(yōu)勢：

 合規(guī)性 生產(chǎn)產(chǎn)品的組織均由正規(guī)渠道獲得，來源清晰。

 安全性 生產(chǎn)組織均經(jīng)過病原檢測，保證產(chǎn)品質(zhì)量安全。

 高質(zhì)量 生產(chǎn)產(chǎn)品均經(jīng)過嚴格的內(nèi)部質(zhì)控，且同批次數(shù)量多，批次間差異性小。

 可定制 可根據(jù)客戶特殊需求，提供特殊種屬肝組織細胞的定制服務(wù)。

參考文獻：

[1] 張言,朱春玲,楊蕊,等.類器官培養(yǎng)方法及家畜類器官研究進展[J].生命科學(xué), 2023, 35(8):994-1003.

[2] Huch M, Dorrell C, Boj SF, et al. In vitro expansion of single Lgr5+ liver stem cells induced by Wnt-driven regeneration. Nature, 2013, 494: 247-50.

[3] Hai J, Zhang H, Zhou J, et al. Generation of genetically engineered mouse lung organoid models for squamous cell lung cancers allows for the study of combinatorial immunotherapy. Clin Cancer Res, 2020, 26: 3431-42.

[4] Schutgens, F., et al. (2019). Tubuloids derived from human adult kidney and urine for personalized disease modeling. Nature Biotechnology, 37(3), 303–313.

[5] Sato, T., et al. (2011). Long-term expansion of epithelial organoids from human colon, adenoma, adenocarcinoma, and Barrett's epithelium. Gastroenterology, 141(5), 1762–1772.

[6] Haider S, Gamperl M, Burkard TR, et al. Estrogen signaling drives ciliogenesis in human endometrial organoids. Endocrinology, 2019, 160: 2282-97.

[7] Kathiriya, J. J., et al. (2020). Human alveolar type 2 epithelium transdifferentiates into metaplastic KRT5+ basal cells. Nature Cell Biology, 22(5), 548–559.