原文發表于《科技導報》2025年第8期 《類器官中的細胞世界 》

陳曄光，中國科學院院士、發展中國家科學院院士、清華大學生命科學學院教授，主要研究方向為細胞信號轉導機制及其生理病理作用、類器官技術及應用。

類器官逐步成為生命科學及醫學研究領域的重要研究方向之一，其技術推動了生命領域前沿技術的發展和多學科交叉融合，在解決重大生命健康問題上有著不容忽視的發展前景。

類器官中的細胞世界

類器官是一種在體外培養形成，能夠模擬真實器官復雜結構及生理功能的三維微器官。2009年，荷蘭的Hans Clevers團隊通過在體外三維環境中培養腸道干細胞，得到具有腸上皮結構的“迷你腸道”，類器官培養技術由此興起。體外培養形成的類器官能夠自我更新分化形成各種特異性的細胞類型，自我組裝成與對應器官相似的空間結構并模擬其部分功能，使得體外實驗能夠更好地反映體內的真實情況。因此，類器官在2013年被

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正常器官組織的發育調控及穩態維持，以及腫瘤組織的發生發展規律，一直以來都是研究人員關注的焦點，類器官技術極大地推動了這些議題的研究。類器官含有相應組織器官的細胞類型，由干細胞和各種具有不同功能的分化細胞構成，通過了解這些細胞類型、分化機制和互作關系，以及對發育過程中的細胞命運決定、微環境互作等方面的深入研究，各種組織的發育過程及調控機制得以通過類器官呈現。隨著對細胞分化機制的理解和技術手段的發展，更加契合體內真實情況的類器官得以構建，類器官中的細胞世界也更加微觀化。通過更改培養條件、基因編輯等方法可以深入探究干細胞的更新與分化調控。與此同時，通過結合細胞生物學與分子生物學等手段，類器官系統能提供一個高效的平臺揭示不同細胞間的相互作用及其調控機制。此外，類器官培養技術發展至今已不局限于簡單的多細胞自組裝過程，而是引入血管化、集成器官芯片等新概念，結合生物醫學工程的微流控、新型生物材料等技術，使得類器官模型能夠更細致全面地反映體內的生物學特性。

作為體外培養的多細胞培養物，類器官系統能夠作為紐帶連接細胞水平的分子機制和臨床水平的疾病表型，從而推動臨床研究進程。依賴類器官系統，研究者得以部分解決二維細胞培養無法模擬臨床表征的問題。近年來，類器官技術已經成功應用于研究治療眼科疾病、消化道疾病、肝膽疾病等領域的精準醫療技術。特別是近3年，類器官在新冠肺炎的病毒感染機制研究以及藥物研發上發揮了重要作用。多國研究人員都報道了利用類器官系統揭示病毒致病機制，進行特效藥篩選等科研成果，為攻克新冠肺炎奠定了堅實基礎。另外，腫瘤組織來源的類器官在癌癥治療上也有著巨大潛能。研究結果表明，在腫瘤臨床前模型中，類器官模型相比細胞系模型和異種移植模型有著更高的成功率、臨床特征代表性、異質性以及遺傳穩定性，同時又能兼顧遺傳學研究和高通量篩選。因此，類器官系統在精準醫療、藥物研發等臨床研究中具有重要價值。

圖1 類器官領域發展與應用示意

基于類器官的自身特性和仍存在的局限性，多學科交叉成為類器官未來發展的重要趨勢。隨著類器官領域的蓬勃發展，相關領域也因此獲得新的發展契機，例如生物材料、器官功能修復和重構，器官和類器官芯片等領域（圖1）。通過結合力學、組織工程學、材料學等多種學科，研究人員試圖揭示不同細胞組織間的相互作用，從而真正在體外滿足體內機制分析和器官重構等臨床需求。在醫學轉化的過程中，類器官的生產需要實現標準化與規范化，因此相關培養技術的標準化和規范化準則也應運而生。類器官技術盡管有一定的局限性，存在不能完全代表體內器官，缺少相關的微環境和功能等問題，其仍大力推動了生命領域前沿技術的發展和多學科交叉融合，在解決重大生命健康問題上有著不容忽視的發展前景。

文章來源：陳曄光. 類器官中的細胞世界[J]. 科技導報, 2025, 43(8): 1-2.

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