微型实验室培养的类器官如何提供特定于人类的研究结果

微型类器官（organoids）是一种类似于微型器官的复合体，属于日益增长的非动物技术之一，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·克莱弗斯教授（Professor Hans Clevers）在实验室中成功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大突破，证明了人类干细胞可以自我组织并模拟真实器官的结构和功能。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。

为了进一步推进类器官和其他非动物技术的发展和应用，健康与医学研究办公室于2024年成立了非动物技术网络。莎法格·沃特斯博士（Dr. Shafagh Waters）是该网络的创始成员，也是悉尼新南威尔士大学（UNSW）的科学高级讲师。沃特斯博士是干细胞和类器官医学的专家，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与医学研究委员会资助的关于囊性纤维化成人干细胞生物学的研究项目。健康与医学研究办公室采访了沃特斯博士，以了解更多关于类器官及其在研究中的应用。

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，就开始表现出其所代表器官的行为。例如，肺类器官具有能够吸收氧气和产生黏液的细胞，就像真实的肺一样。由于它们具有许多与真实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，或测试新药物以观察其是否有助于改善类器官的肺功能。”

类器官是如何制造的？

“类器官的制造方法是从感兴趣的组织刷取或采集一小块活检以收集干细胞，这些干细胞具有生长成不同类型细胞的能力。以肺类器官为例，我们将干细胞放置在一种特殊的凝胶中，这种凝胶可以支持它们的生长。我们还会提供营养物质，这些营养物质会给予细胞正确的‘指令’，使它们知道应该变成什么类型的细胞。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小型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’，即这些器官的微型版本，使用的是患者来源的干细胞。它们能够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患者的具体需求。未来，我设想我们的工作将导致伴随诊断测试的发展。这将使用来自囊性纤维化患者的类器官‘化身’来预测他们对特定治疗的反应程度，并指导医生选择最有效的疗法。”

网络如何支持您的工作？

“健康与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。通过网络的资金支持，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。这还包括使用类器官进行高通量测试，这是一种利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的治疗方法。”

现在可以用类器官制造哪些微型器官？

“使用类器官，我们现在可以制造多种类型的微型器官，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：用于研究肾脏疾病并测试治疗方法

• 肝脏：用于药物测试和肝病研究

• 胰腺：用于研究糖尿病和胰腺疾病

• 胃：用于研究消化过程和胃癌等疾病

患者来源的类器官使研究人员能够更密切地模拟人类生物学，提高测试疗法和理解复杂疾病的能力。它们提供了比动物测试更准确、更特定于人类的结果，有助于开发更个性化的治疗方法。”

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