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合成生物学工具的开发与实践2024-03-21 08:51:42

类器官由成体干细胞或多能干细胞在体外分化而来,可以在细胞类型、空间结构及生理功能上实现对体内组织器官的模拟。类器官的构建及技术完善,推动了发育生物学、遗传学、病理毒理学等发展。合成生物学是一门多学科交叉的新兴学科,以工程学思想为指导,旨在通过工程化、模块化的方法设计、改造、构建生物元件、系统、功能等。近年来类器官构建的优化方案体现了与合成生物学契合的研究理念,而合成生物学的发展及相关方法的产生也为类器官技术的发展起到了推动作用。

对类器官模型的体外构建而言,目前也存在一定的技术限制,比如包括繁琐的人工操作、较高的个体间与批次间差异、部分类型的类器官需要较长的培养时间等。尤其是针对结构或谱系组成复杂的类器官的构建,该过程高度依赖于对培养环境以及细胞命运的精准调控。如何在类器官构建中借力合成生物学原理与技术,是值得关注的发展方向。以目前常用的动物来源的基质胶使用为例,该材料存在批次间差异,且无法完全还原体内正常组织的结构,因此成为类器官优化构建的瓶颈之一。结合合成生物学相关元件目前已经可以实现基因的可编程性调控,但在胞外环境的重构方面仍需要进一步地优化和探索。比如,具有DNA编码特性的材料已经有了一定的研究,可基于此在体外高效生产工程化的生物材料,或许可在未来为类器官构建时的胞外环境需求提供潜在解决方案。
 
总之,在过去十多年,作为体内组织器官在体外的3D微缩模型,类器官技术已得到广泛应用。将类器官技术与合成生物学相结合,可以弥补构建类器官过程中存在的一些限制。基于类器官模型的多种合成生物学技术或原理的整合,也为合成生物学在体外精准操控生物元件的合成与重构等方面提供了有效的实践平台。在发展的过程中,类器官与合成生物学两者相辅相成,其协同发展将有望为今后研究人体器官、组织提供更优的生理相关模型,也有望进一步促进合成生物学工具的开发与实践。
 
出自《类器官技术与合成生物学协同研究进展》作者陈子苓,向阳飞.