2017科技活动周
分享到:

小小类器官 承载移植梦

来源:科技日报 作者:聂翠蓉 2017年04月20日 10:29
[导读] 目前为止,类器官还不能称为真实器官的“缩小版”,仍然是微型和简单的器官模型,移植人体还要再等10年

实验室中利用干细胞培育出的“迷你大脑”(上)和类胃器官(下) 图片来自网络


本报记者 聂翠蓉 综合外电

经过近10年的快速发展,科学家们已经能在实验室利用细胞培育、分化、自组装成各种类似人体组织的3D结构,制造出肝脏、胰脏、胃、心脏、肾脏甚至乳腺等在内的各种类器官。英国著名学术期刊《发育》杂志3月刊以专版形式,对类器官研究领域进行了全面回顾。

《科学》杂志网站报道称,这些实验室类器官并不是各种细胞毫无规则地聚集,而是已经拥有类似真实器官的复杂结构,比如在显微镜下能观察到肾脏上的微细血管、大脑皮层或肠道内的褶皱。

但这些类器官真的就是真实器官的“缩小版”吗?它们能用来在体外模拟疾病、测试新药并最终作为替代器官进行人体移植吗?

尚无法完全复制体内真实情况

这些由大量细胞簇聚而成的类器官,虽然在很多方面能模拟真实器官内部结构,但某些与真实器官功能和发育紧密相关的结构特性至今还无法拥有,如缺乏血管系统,这是人体器官生长发育中获取能量的重要结构。因此,目前为止,类器官还不能称为真实器官的“缩小版”,仍然是微型和简单的器官模型。

一些谨慎的专家认为,类器官到底能在多大程度上模拟真实器官尚不清楚。一位使用迷你大脑研究寨卡病毒的美国约翰斯·霍普金斯大学神经学家认为,迄今为止,研究人员还无法赋予类器官免疫系统,因此,在筛选药物时,无法完全复制体内的真实情况。

但与科学家长时间以来只能在实验室培育2D结构相比,3D类器官向前迈出了一大步。现在,科研人员已经可以用它们模拟人类发育早期的器官形成过程,研究基因突变和传染病等对正常器官功能的影响。

用干细胞技术培育类器官

目前,所有类器官都是用干细胞技术,通过精确模拟人体发育条件,在实验室让干细胞分化成各种不同类型细胞,自组装成器官的基本结构。这些干细胞主要来自诱导多能干细胞(iPS细胞)和成人干细胞两种不同类别。

诱导多能干细胞有的从人类胚胎分离而来,有些诱导体细胞发育而成,理论上讲,它们能分化成人体任何一种细胞。这些类器官能重现器官形成最初数周和数月的发育过程,帮助研究人员识别出发育过程中的各种差错,如导致肠道某些重要细胞缺乏的基因突变等。“你能在培养皿中亲眼目睹这种先天性缺陷的形成过程。”美国辛辛那提儿童医院发育生物学家詹姆斯·威尔斯说。

来自诱导多能干细胞的类器官,还能为神经科学研究提供发育模型。如研究人员借助类大脑,揭示了寨卡病毒拦截并杀死神经前体细胞的过程,从而掌握了该病毒减缓大脑发育、导致新生儿小头症的机制。

还有一些类器官利用成体干细胞获得。虽然与诱导多能干细胞相比,来自这类干细胞的类器官结构更加简单,但仍然为器官研究提供了有力工具。通过这种方法获得的肝、胃、小肠和胰等类器官,能用来研究遗传差异对器官功能的影响,测试人体对新药的反应。

移植人体还要再等10年

目前,已经有一种类器官显示出在测试药物作用机理中的临床价值。荷兰干细胞生物学家汉斯·克莱夫斯和同事,利用从囊性纤维化患者身上提取小肠细胞,培育出小肠类器官,对福泰制药公司开发的一种新药进行了测试,发现新药能将小肠黏膜的盐和水的吸收功能,恢复到健康肠道一样的水平,且没有引起炎症反应。克莱夫斯表示,他们已经培育出7个小孩的类肠模型,并基于这些类肠器官的测试结果,为他们制定了最有效的个性化药物方案。

研究人员还希望,将类器官植入人体,用于修复受损器官。已有研究将微型肝脏和小肠植入小鼠体内,观察其发育情况;还有人使用实验室培育的迷你组织,治疗早产儿因感染导致的肠道损伤,并计划在患者腹部培养一个类肠道后,再接入体内肠道。

但因类器官研究和运用的标准化问题还有待解决。威尔斯表示,虽然10年前人类无法想象在实验室培育出如此众多的类器官,但类器官“住”进人体,实现人体移植运用,可能至少还需再等10年。

(科技日报北京4月19日电)

点击下载:
[责任编辑:chenjie]
分享到:

相关阅读:

网友评论表达个人看法,并不表明本网同意其观点或证实其描述。

验证码:

验证码
TEL:010-57713053 E-Mail:kepu@kepu.gov.cn 如果您有任何意见或建议,请联系我们!
版权所有:中国科普网 京ICP备05022684号-3