类器官技术成为基础和生物医学研究的重要工具2024-02-23 08:58:38
类器官具有类似于生理组织并在一定程度上模仿器官功能的能力,是由自组织的哺乳动物多能干细胞或成体干细胞产生的具有接近天然显微解剖结构的三维体外培养细胞簇。具有高度组织记忆和自我组装能力的干细胞经体外3D培养形成的类器官,可高度还原体内器官的细胞构成和功能,并且保持遗传和表型稳定。虽然单层干细胞培养已经建立40多年,但是类器官技术最近才成为基础和生物医学研究的重要工具。对于发育生物学家来说,类器官为组织形态发生和器官发生的体外建模提供了强有力手段。该文将讨论类器官技术的可能用途并重点介绍类器官的应用情况和监管挑战,分析类器官领域目前所处的整体情况及未来应用。类器官培养技术自2009年肠道类器官成功“问世”以来迅速发展,在生物医学领域逐步成为最具突破性的领域。类器官技术曾分别被《Nature Methods》和《Science》杂志评选为“年度方法”和“年度重大突破”,2021年,中国的“十四五”计划将类器官列入重点研发计划。类器官的生成与工程生物材料和类器官培养方法息息相关,该文将从工程生物材料和类器官培养方法两方面对类器官的形成进行阐述。
细胞黏附配体、基质几何形状和力学性能是影响细胞增殖、分化和成熟的主要参数,为开发先进可靠的类器官,工程生物材料优化了基质的生物、化学和物理特性,使得大多数用于细胞培养的工程基质和水凝胶具有机械弹性。用于3D细胞培养和类器官的工程生物材料按照其几何结构分类可以分为纤维基质、大孔基质和高度交联的水凝胶。纤维基质(如脱细胞细胞外基质和水凝胶)含有纤维蛋白,其孔隙与细胞的天然体积大小相近;高度交联水凝胶 (如聚乙二醇和海藻酸盐)的孔网目尺寸小于细胞尺度,在无其他形式的材料重塑或降解情况下,小网目尺寸可能会抑制细胞的增殖和分化,因此大孔基质材料应运而生。
出自《类器官技术在医疗领域的应用和监管挑战》作者程玮璐,王泽华,张译丹.
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