此外，体外分化所培养的类器官在发育过程中往往存在明显的异质性，个体类器官之间的重复性较低，生成类器官的时间成本及资源成本均十分高昂，因此如何提升类器官开发的精确性、稳定性以及分化效率是目前类器官研究面临的一大关键挑战。与此同时，单一谱系来源的简单类器官已经无法满足日益增长的以类器官作为工具研究或重现体内多谱系、多组织类型甚至是多系统之间的发育、组装乃至互作的需求，因此更复杂、更综合的类器官系统的构建成为了当下类器官技术的研究难点。
 

想要攻克上述挑战，建立起具有较低可变性、较高分化效率、较稳定的可控性且拥有复杂稳定结构的类器官培养方案，则要求研究人员能够实现对类器官培养体系，包括细胞命运及细胞外微环境精准地、工程化地时空调控。这一需求与合成生物学的研究理念与研究目的高度一致。当下，类器官培养体系的设计已经开始逐步展现出系统化、工程化的特点，一定程度上与合成生物学的研究理念产生了契合，而合成生物学领域的发展与越来越多的合成生物学工具的开发，也为更复杂、更精准的类器官构建提供了全新的角度与思路。此外，伴随着类器官技术的发展，以类器官作为平台所开展的许多研究，如类器官转录组图谱的构建、CRISPR筛选等，也可以推动与指导合成生物学的发展。
 

分子生物学相关技术的发展，使得研究人员可以在体外对细胞或生物体的基因进行操控，促进了合成生物学的发展。2000年，Collins团队受噬菌体λ开关和蓝藻昼夜节律振荡器的启发，设计合成了双稳态基因网络开关；同年，Elowitz和Leibler等基于负反馈调控机制实现了基因振荡网络的设计。