概念
类器官(Organoid)是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。类器官并不是真正的人体器官,但它能够最大程度地模拟体内真实器官组织结构及功能并能够长期稳定传代培养,其形成本质上是组织器官发育或再生的体外重现.它也被称为“微型器官(Mini-Organ)”。
图1 小肠类器官形貌图
根据细胞来源不同,类器官主要分为成体干细胞和多能干细胞来源的类器官。成体干细胞通常来源于患者的活检组织,形成的类器官分别是健康组织来源的类器官和肿瘤类器官。多能干细胞具有无限自我更新并分化为几乎所有器官特异性的细胞类型,主要分为胚胎干细胞和诱导多能干细胞。
图2不同来源类器官分化种类及特点
数据来源:蛋壳研究院制图
器官芯片(Organ-on-a-chip,OOC)广义上指为设计用于体外模拟人体器官功能单位的微制造细胞培养设备。狭义上,器官芯片特指微流控芯片及其配套使用的灌流装置。
根据细胞来源器官芯片可以分为普通器官芯片和类器官芯片;根据器官数量分为单器官芯片和多器官芯片。
图3 器官芯片
来源:《Nature Biotechnology》&《Advanced drug delivery reviews》
类器官和器官芯片的异同
类器官和器官芯片属于两种不同的概念,分属不同的领域,类器官偏向生物学,属于干细胞相关领域,类器官中的干性细胞在培养过程中会向不同类型细胞分化,且分化后的细胞在空间排布、生理功能上与人体器官高度相似,但在可控性、可重复性上具有局限,其复杂程度受细胞分化能力限制。器官芯片则偏向于生物医学工程,通过微流控等技术的引入,在建模的可控性和标准化上具有优势,可通过共培养技术实现更复杂模型的构建,但往往难以兼具通量、成本和复杂度的要求。
目前国内出现的行业热词“类器官芯片(Organoid-on-a-chip)”是将类器官和器官芯片技术整合形成的器官生理微系统。类器官芯片目前还处于研究早期,集类器官和器官芯片两者优势的同时,也兼具两者的挑战。
图4 类器官、器官芯片及类器官芯片之间的关系
数据来源:蛋壳研究院制图
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