备课素材知识点：类器官技术 高中生物学选择性必修三

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在过去十年，干细胞研究领域取得的关键进展之一就是类器官体系的发展。此类体外培养系统包括一个自我更新干细胞群，可分化为多个器官器官特异性的细胞类型，与对应的器官拥有类似的空间组织并能够重现对应器官的部分功能，从而提供一个高度生理相关系统 。含有成体干细胞的组织样本、单一成体干细胞或者通过多能干细胞的定向诱导分化都能够产生类器官 。由于部分类器官模型系统特征是具有活性干细胞群的存在，类器官能够极大地实现扩增。例如，在5到6周的时间内，一个单一祖细胞能够产生高达1 x 10^6个肝脏类器官，为研究人员提供了研究各种器官的高度可靠和可扩展的平台 。
体外搏动的心脏类器官
迄今为止，三个主要细胞谱系都已经发展出对组织结构进行建模的类器官培养系统。虽然不同的组织需要对应的特定培养方法，但是一般来说，将适当的多能干细胞或者特定组织的祖细胞嵌入Matrigel®或者其他适当的细胞外基质中，培养基则使用含有特定生长因子的细胞培养基模拟维持干细胞群所需的体内信号。在此生长条件下，嵌入的细胞增殖并自我组织成3D类器官结构，并在许多系统中可进行无限期传代和维持培养 。此外，在传代的过程中，这些培养物显示出高度的遗传稳定性；之前的单一肝脏祖细胞经过克隆性扩增所生成的肝类器官，在经过三个月的传代后，全基因组测序显示仅出现了一个同源碱基的替换 。到目前为止，类器官培养已用于各种组织，其中包括肠道、肝脏 、胰腺 、肾脏 、前列腺、肺 、视杯以及大脑 。
虽然类器官技术在研究界的广泛应用依然处于起步阶段，但是作为一种工具，类器官技术在研究广泛的对象方面潜力巨大，包括发育生物学、疾病病理学、细胞生物学、再生机制、精准医疗以及药物毒性和药效试验。对于这些应用以及其他应用，类器官培养实现了对现有2D培养方法和动物模型系统的高信息量的互补 。此外，通过类器官繁殖的干细胞群取代受损或者患病的组织，类器官提供自体和同种异体细胞疗法的可行性，未来这一技术在再生医学领域也拥有巨大的潜力 。使用这项技术，采用CRISPR/Cas9能够纠正体外遗传异常并能够将健康的转基因细胞再次回输入患者体内，并在后期整合入组织内 。在精准医学应用中，患者衍生的类器官也被证明为有价值的诊断工具。在进行治疗之前，采用从患者样本来源的类器官筛查患者体外药物反应，旨在为癌症和囊胞性纤维症患者的护理提供指导并预测治疗结果。随着类器官培养系统以及其实验开发技术的不断发展，类器官应用到了各大研究领域。
类器官技术的多种应用