微型实验室培养的类器官如何提供人类特异性研究结果

微型器官样复合体称为类器官，是日益增长的非动物技术的一部分，这些技术有助于减少和替代研究中的动物测试。2009年，荷兰分子遗传学家汉斯·克利弗斯教授在实验室中培养了一个微型器官——类器官。这个微型微生物群落复制品是一个重要的突破，展示了人类干细胞可以自我组织并模仿真实器官的结构和功能。快进十五年后，3D类器官现在被用于测试肺、眼、脑、耳、肾和心脏疾病的新型治疗方法。

为了进一步推动类器官和其他非动物技术的发展和应用，卫生和医学研究办公室于2024年成立了非动物技术网络。莎法格·沃特斯博士是该网络的创始成员，也是悉尼新南威尔士大学的科学高级讲师，该校是该网络的关键合作伙伴。沃特斯博士是干细胞和类器官医学领域的专家，同时还是悉尼儿童医院网络的荣誉高级科学家。她开发了一个澳大利亚国家级的气道和微生物群落类器官生物样本库，并领导了一项由国家健康和医学研究委员会资助的研究项目，研究成人干细胞生物学在囊性纤维化中的应用。卫生和医学研究办公室与沃特斯博士进行了交谈，以了解有关类器官及其在研究中的应用的更多信息。

类器官是如何工作的？

“类器官模仿真实器官的结构和功能，但规模要小得多。它们是在实验室中从干细胞培养出来的，一旦发育成熟，它们就开始像所代表的器官一样行为。例如，肺类器官具有可以吸收氧气和产生黏液的细胞，就像真正的肺一样。由于它们具有许多与实际器官相同的细胞和功能，研究人员可以利用它们来研究疾病如何影响这些组织或测试新药物，看看是否能改善类器官的肺功能。”

类器官是如何制造的？

“类器官通过刷取感兴趣的组织或进行小活检来收集干细胞，这些干细胞具有分化成不同类型细胞的能力。以肺类器官为例，我们将干细胞置于一种特殊的凝胶中，这种凝胶支持它们的生长。我们还向它们提供营养物质，这些营养物质提供了正确的‘指令’，使细胞知道应该变成什么。随着时间的推移，干细胞开始自我组织并形成类似于我们感兴趣的器官或组织的3D结构。”

您如何在研究中使用类器官作为‘化身’？

“我们已经开发了肺和微生物群落的‘化身’，这些是使用患者来源的干细胞制成的微型器官。它们密切模仿黏膜层的结构和功能，使我们能够测试药物并个性化治疗方案以满足他们的特定需求。未来，我设想我们的工作将导致一种伴随诊断测试。这将使用来自囊性纤维化患者的类器官‘化身’，预测他们对特定治疗的反应效果，并指导医生选择最有效的疗法。”

网络如何支持您的工作？

“卫生和医学研究办公室在促进合作和机会方面发挥了关键作用，以推进非动物技术的发展。通过网络提供的资金使我们能够真正推进复杂类器官技术的研究，并将其与新南威尔士州正在建立的规模化生产基础设施联系起来。这也包括高通量测试，这是一种使用自动化系统一次测试数千种药物化合物的方法，帮助科学家更快地找到有效治疗方法。”

现在可以用类器官制造哪些类型的迷你器官？

“使用类器官，我们现在可以制造多种类型的迷你器官。这些包括：

• 肺：用于研究呼吸系统疾病如囊性纤维化

• 微生物群落：用于研究微生物群落健康、癌症和感染

• 大脑：用于研究神经退行性疾病如阿尔茨海默病或自闭症

• 肾脏：用于探索肾脏疾病和测试治疗方法

• 肝脏：用于药物测试和肝脏疾病研究

• 胰腺：用于研究糖尿病和胰腺疾病

• 胃：用于研究消化和胃癌等疾病

患者来源的类器官使研究人员能够更接近地模拟人体生物学，提高测试疗法和理解复杂条件的能力。它们提供比动物测试更准确的人类特异性结果，有助于开发更个性化的治疗方案。”

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