一、类器官简介

类器官（Organoids）指利用成体干细胞或多能干细胞进行体外三维（3D）培养而形成的具有一定空间结构的组织类似物，是高度模拟体内真实器官特征的小型化的体外器官模型。尽管，类器官并不是真正意义上的人体器官，但能在结构和功能上模拟真实器官，能够最大程度地模拟体内组织结构和功能，并能够长期稳定传代培养（因此也被称为“微型器官”）。2013年，类器官被《科学》杂志评为年度十大技术。2018年初，类器官被评《自然·方法》评为2017年度方法。
类器官可由体细胞、成体干/祖细胞或多能干细胞制备生成。作为传统2D培养和动物模型之间的桥梁，类器官具有多种优势，可以提供实验可操作性、捕获生物复杂性。类器官比传统的2D培养更具有优势，可以显示接近生理的细胞组成和行为。
许多类器官，可以在培养中进行广泛的扩增，并保持基因组的稳定性，适用于生物样本库和高通量筛选。与动物模型相比，类器官可以降低实验的复杂性，适用于实时成像技术，可以研究人类发育和疾病的各个方面（这些方面在动物中不容易或准确建模）。

亘安生物与类器官头部企业之一的丹望医疗达成深度合作，为客户提供高品质的类器官培养、扩增、鉴定、冻存等全方位类器官解决方案，包括正常疾类器官模型、肿瘤类器官模型、类器官模型库、类器官芯片、类器官药物筛选、毒理学评价、类器官临床实验、类器官定制开发、类器官相关检测与验证、单细胞测序、WES测序、RNA-seq测序、类器官基因编辑、类器官免疫共培养与评价、类器官培养试剂盒及类器官自动化工作站等。

二、原理流程

类器官可由一个或几个干细胞发育形成，如：胚胎干细胞（Embryonic stemcells，ESCs）、诱导多能干细胞（induced pluripotent stem cells， iPSCs）及成体干细胞（Adult stemcells，ASCs）形成。

胚胎干细胞（ESCs） 具有全能性，能分化为机体内多种类型的细胞。ESCs 可由早期胚胎或卵细胞分离获得，但由于其应用涉及到伦理学争议，导致ESCs 的临床应用研究报道较少。ESCs类器官的建立方法：首先要明确器官在发育过程中涉及的生物调控信号，设计适合的3D 培养系统，使ESCs 分化为拟胚状体，再根据不同的器官发育目的而加入相关的信号因子，诱导细胞实现自组织及位置重排，从而发育形成类器官。

诱导多能干细胞（iPSCs）是2006 年日本科学家山中伸弥将转录因子（Oct4， Sox2，Klf4 和C-Myc） 转入已分化的体细胞中，使其重编程而得到具有多能性的干细胞。研究发现，iPSCs 与ESCs 具有相似的基因表达谱及发育潜能，且iPSCs的来源并不涉及胚胎，伦理学争议较少，可用于人类疾病建模、药物研发及细胞治疗等领域。iPSCs类器官的建立：首先提取体细胞，用转录因子转染体细胞后重编程为iPSCs，之后培养和诱导过程与ESCs 型类器官相似。

成体干细胞（adult stem cells，ASCs）是器官中还未完全分化的前体细胞，也是器官细胞在体外培养后能够重新聚集排列的基础，在组织新旧更新过程中发挥重要作用，但ASCs只能够定向分化成一种或两种密切相关的细胞类型，只能发育形成其来源的类器官。ASCs型类器官的建立方法：成人干细胞衍生的类器官培养，通常是通过将分离的成人干细胞或所需器官培养的单细胞悬浮液，嵌入到细胞外基质（ECM）水凝胶中，应用3D培养技术并加入信号因子来模拟该器官发育的微环境，进而发育形成类器官。

经沟通确定类器官构建方案，客户委托我们进行类器官培养，并签订委托协议。样本经质检合格后，进行类器官培养，培养结束后，以冻存态类器官形式返还客户，并交付相关检验数据。同时，剩余组织样本根据客户需求，进行返还或者销毁处理。

三、类器官的应用

类器官作为一个新兴的技术，在科学研究领域潜力巨大，包括发育生物学、疾病病理学、细胞生物学、再生医学、精准医疗、药物研发、毒理评价、疾病模型和药效试验。类器官培养使研究人体发育提供了不受伦理限制的平台，为药物筛选提供了新的平台，也是对现有2D培养方法和动物模型系统的高信息量的互补 。
1、生物医学机制研究；

2、疾病模型与药物发现；

3、药效实验与精准医疗；

4、毒理评价；

5、再生医学；

6、基因与细胞治疗。

四、交付内容

1、类器官实物（冻存交付）；

2、培养报告（组织质检、各代次培养图片、病理检测、STR鉴定、支原体检测、复苏验证等）；

3、原始图像（培养图片及病理图片）

4、WES测序（可选）；

5、免疫组化/免疫荧光检测（可选）。

五、服务优势

与细胞系相比, 类器官具有模拟原始组织的3D结构、异质性和细胞功能等方面的优势, 能更好地模拟人类疾病和预测药物反应。与动物模型PDX相比, 类器官可以快速扩增、冷冻保存并可以进行高通量分析。 具有多重优势的类器官在临床医学中的应用, 如模拟和研究疾病、评估治疗反应及指导临床治疗中具有更远大的前景。其中肿瘤药物筛选模型需要满足在短时间内出具药敏检测结果、药物筛查通量高、预测效果准确这三个方面，而类器官在这三方面对比其他药筛方法都显现出了强劲优势。
 

指标	2D 细胞模型	PDX 模型	灵长类动物模型	3D 类器官
生理表现	局限性模型	生理模型	生理模型	半生理模型
建模难度	最简单	难度大	难度大	适中
建模周期	短	很长	很长	适中
构建成本	成本最低	成本很高	成本很高	成本较低
通量	最高	很低	较低	高
临床相关性	较低	较高	较高	高
实时精准操作	最容易	难	难	容易
体外观测难度	小	难	难	较小
基因编辑难度	简单	较难	较难	简单
标准化难度	简单	较难	较难	简单
建模成功率	高	低	低	高
肿瘤异质性	难以实现	难以实现	难以实现	可保留
生物库建立	可操作	难以实现	难以实现	可操作
一致性	低	高	高	高

1、高度还原体内的组织形态和遗传背景；

2、比细胞系更接近人体，比动物模型更高效；

3、周期短、扩增快，在长期培养条件下保持基因组稳定；

4、方便获取相关的一站式服务综合解决方案。
 

参考文献

[1] Lee, J. et al. Nat Commun 11, 4283 (2020). 

[2] Shanqiang Qu. et al. Patient-derived organoids in human cancer: a platform for fundamental research and precision medicine. Mol Biomed,  2024 Feb 12;5(1):6.