器官模拟物的三维培养技术解析
器官模拟物的三维培养技术解析
来源：广西医学 作者：董娇;王帅
发布于：2017-06-29 共5712 字
【提要】 类器官是成熟器官来源的三维上皮结构，包含干细胞或祖细胞，能够独立扩增并且分
化为器官特异性上皮。利用三维方法培养类器官技术在组织再生、研究机体生理病理学、构建
疾病模型及药物筛选等方面均有广阔的前景应用。本文将就三维条件下类器官培养的基础、应
用和前景作一简要综述。
【关键词】 类器官； 三维培养； 再生医学； 综述。
类器官是指在结构和功能上都类似来源器官或组织的模拟物，其为成熟器官来源的三维上皮结
构，包含干细胞或祖细胞，能够独立扩增并且分化为器官特异性上皮。Lancaster 等[1]认为类
器官是源于多能干细胞或器官祖细胞且具有胚层特异性的类器官体，其包含目标器官中至少一
种细胞类型，能够自组装为器官样结构并具有其生理结构和功能特征。通过 3D 培养技术在体
外利用干细胞或类器官模拟人类器官组织的生理发育过程和诱导致病，并应用于生物医药和再
生医学，已成为目前组织工程和再生医学领域的新热点。本文就类器官培养的基础、应用和前
景做一综述。
1 类器官技术简介
1. 1 类器官形成的基础
自组装是类器官形成的关键，其是指在无外力干预的条件下，干细胞或多细胞依靠各组分间的
相互作用自我分化为多种结构的过程，例如在唾液腺上皮细胞的三维培养中可见自发形成的分
支样或者芽状结构[2].这一过程的自发形成依赖于生理性的内源机制，并由细胞与基质间以及
细胞与细胞间的多种细胞因子及信号通路共同参与。但这一内源机制并非固定不变，时间、空
间的变化均可增加其复杂性和多样性。在类器官形成过程中，关于自组装的相关调控机制等问
题，仍需要进一步深入研究。
1. 2 生物工程辅助技术类器官
类器官自组装的实现很大程度上依赖于三维细胞培养体系的建立。根据是否为细胞提供支架材
料，三维培养体系大体可分为基于支架的培养体系和无支架的培养体系，而支架又分为天然形
成和人工合成支架。研究者们发现，生物支架是组织再生的关键因素，多种组织细胞可以在生
物材料上生长、分化并最终形成人工组织或器官[3]
.生物支架对组织再生的这一作用与支架的组成成分、空间结构、机械及化学特性、释放生物化
学信号及分子信号等性质密不可分。而组织特异性细胞外基质（ extracellular matrix,ECM ） 在
上述作用方面有独特优势。有学者通过诱导胚胎干细胞获得胰腺祖细胞系，将后者与不同发育
时期的胰腺间充质（ 间质组织、间叶组织） 共培养，发现与器官类型匹配的间充质可以使祖
细胞扩增一百万倍以上，并且在扩增、自我更新的同时保持不分化状态，但同时仍保留其分化
能力，因此，该学者认为 ECM 能够传递阶段特异性和组织特异性的再生信号[4],但具体机制尚
需要进一步的研究。器官存在的微环境还通过随时间和空间而变化的生物化学信号影响器官再
生，所以需要在这方面进一步发展生物工程辅助技术[5].目前，有学者在仿生的聚乙二醇水凝
胶上合成了一种特殊蛋白质，而且其蛋白梯度可以人工控制，因而实现分子信号和化学信号在
时间和空间上更为精确的释放； 但这种蛋白梯度是静态的，且只局限于凝胶表面的二维体系
[5].2014 年，加拿大多伦多大学的研究员报道了一种新型数字化微流体平台，该平台可在水凝
胶材料中培养细胞，然后用电场操纵细胞，使得每个凝胶均可单独访问，动态流体交换更加温
和，成本明显减少，并且可实现信号分子的三维调控； 此外，该研究员提出或许可以收集患者
的小组织样本并将其分布到数字微流体装置的3D 凝胶中，进行筛选药物以确定个性医疗方
案，而这将是实现精准医疗理念的重要工具[6]
2 类器官的应用
2. 1 肠类器官 HansClever
课题组证实单一的 Lgr5+ 干细胞能够在体外持续增殖并自组装形成隐窝 - 绒毛样的小肠上皮结
构[7]. 进一步的研究结果显示，单个成人 Lgr5+干细胞也能在体外成功扩增成结肠类器官，将这
种功能性的结肠上皮移植到硫酸葡聚糖诱导的急性结肠炎小鼠模型中可以修复其受损的结肠上
摘要：
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器官模拟物的三维培养技术解析来源：广西医学作者：董娇;王帅发布于：2017-06-29共5712字【提要】类器官是成熟器官来源的三维上皮结构，包含干细胞或祖细胞，能够独立扩增并且分化为器官特异性上皮。利用三维方法培养类器官技术在组织再生、研究机体生理病理学、构建疾病模型及药物筛选等方面均有广阔的前景应用。本文将就三维条件下类器官培养的基础、应用和前景作一简要综述。【关键词】类器官；三维培养；再生医学；综述。类器官是指在结构和功能上都类似来源器官或组织的模拟物，其为成熟器官来源的三维上皮结构，包含干细胞或祖细胞，能够独立扩增并且分化为器官特异性上皮。Lancaster等[1]认为类器官是源于多能...
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作者：闻远设计
分类：其它行业资料
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时间：2024-07-13
