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翻译：吴智明医生 审核：广州中医药大学第一附属医院 王海彬教授 文章所属：王海彬教授团队，转发请标明出处。 类器官 干细胞或祖细胞来源的3D结构，在较小的尺度上重新构建3D解剖结构的轮廓以及实现它们生理功能对应的多细胞群，以重现基本的组织功能。 在过去的十年里，已经看到了一个明显的转变，即使用类器官来研究组织和器官生物学。 类器官的历史可以被认为可以追溯到20世纪70年代，当时霍华德·格林和他的同事证明了原始的人类角质形成细胞和3T3成纤维细胞共同培养形成层状的鳞状上皮细胞集落类似于人类表皮，基底层有细胞增殖，上层有角化。源于对细胞外基质(ECM)生物学的更好理解，3D培养体系得到了建立，以及在悬浮液中培养细胞的方法的发展，这对类器官培养起了关键作用。然而，也许是 ，由Yoshiki Sasai和Hans Clevers小组的开创性工作，才因此开启了类器官的研究领域。Clevers和同事证明肠道类器官可以来自肠道成体干细胞(ASCs)，而Sasai和同事表明多功能干细胞(PSCs)可以用于在体外再现皮层组织的发育和视神经杯。他们的工作促进了这样的想法：干细胞有内在的能力可以组织成类似于体内器官的3D结构，仍然是类器官生物学的基本概念之一。在这些开创性的研究之后， 其他科学家已经成功地从丰富的不同细胞来源和不同物种中产生了类器官。 自组织可以定义为细胞系统的一种能力：该系统最初缺乏一个有序的结构，在系统自治的 机制的指导下，在空间上重新安排（即使暴露在统一的信号环境中）。我们对这一过程的了解大多来自于几十年来在发育领域的研究生物学。从概念上讲，自组织过程可以分为自我仿造事件和形态发生重排。自我仿造事件是一个同质系统由系统自助发生的机制和局部细胞间通信引导的细胞分化模式的形成。形态发生重排来自于组织内不同细胞类型的分选和更高层次的系统结构的重组。细胞分选是由不同细胞类型之间的物理相互作用介导的，涉及细胞-细胞之间的差异粘附，皮质张力和/或收缩力和细胞运动性。结构重排由系统内在力学维持由引起的细胞形状、细胞收缩、细胞运动的变化或差异组织的扩张。成功派生出的类器官依赖于这些过程，需要仔细考虑三个主要特征: 培养环境的物理特征; 对系统自主(即内生)的要求和/或外源信号;以及启动单元类型和系统条件。 培养环境的物理特性 促进类器官的3D特性最常见的方法是使用支持细胞生长和细胞可以粘附的固体ECMs。Matrigel是由Engelbreth-Holm-Swarm（EHS）小鼠肉瘤细胞分泌的凝胶状蛋白混合物。基质胶类似于在许多组织中发现的复杂细胞外环境，并且被细胞生物学家用作培养细胞的基质（基底膜基质）。被广泛用于培养三维类器官。目前决定使用特定的类器官培养基很大程度上是由经验的考虑因素驱动的。确实，缺少对不同方法的系统比较，这意味着还不可能得知不同培养方法的相对优势和缺点。 内源性和外源性信号 大多数类器官来源于起始细胞群在规定的时间点暴露于特定的成型素，导致发育所需的信号通路的激活。反过来，这些信号可以触发自组织，但只有当所有必要的组件都存在于系统中:必须外在地提供缺少的组件，以便自组织适当地进行。一些类器官的衍生几乎完全依赖于内源性信号。  图1 |a.类器官衍生方法概述。培养环境的物理特征对有机类发育很重要。本文展示了培养环境的主要类型，以及依赖于培养环境的类器官的例子。一个特定的类器官的形成取决于系统自主的内源信号和外源性供应信号的不同程度。小鼠视杯的形成很大程度上依赖于内源性信号(左)。b.肾脏类器官的来源最初依赖于外源性信号，诱导输尿管上皮和后肾间充质，随后的自组织步骤依赖于内生信号(中心)。hpsc衍生的胃类器官(右)持续需要特定的外源性信号供应。外源信号的需要可能替代了缺失的细胞类型，这些细胞类型在体内器官发生过程中负责产生这些信号。c.在不同的起始条件下，细胞群可以形成类器官。从单细胞(肠道类器官)、同质多细胞集合(视杯类器官)和不同类型细胞的异质共培养(肝脏类器官)开始的类器官方案示例见 。初始条件与类器官发育的不同阶段相一致。ASC，成体干细胞;ECM,细胞外基质; PSC,多能干细胞。 起始细胞类型和初始培养条件 不同类器官的培养方案在不同细胞群的起始状态各有差异。根据初始条件，细胞集合将经历自组织所涉及的全部或仅部分步骤。当类器官来源于单细胞类型(如视杯或小肠类器官)，细胞群的自组织必然涉及对称性破坏和随后的仿造，以产生不同细胞类型的空间分离域。这个仿造的结构可以经历形态发生重排以获得最终的类器官结构。 |
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