中医药作为传统医学越来越受到国家的重视，有研究发现中药中有大量神经保护化合物，可以用来治疗神经或精神疾病。 今天小学社给大家带来一篇6分+的综述论文，从理论到应用，面面俱到的介绍了利用类器官模型进行中药筛选的方法和应用前景。未来，随着技术的不断发展和研究的深入，类器官模型将成为中药筛选的重要工具之一，为中药现代化和精准医疗的发展做出贡献。 
神经退行性疾病和精神疾病是全球性的健康问题，导致神经系统疾病进展的复杂疾病机制意味着缺乏有效的治疗方法来治愈此类疾病。传统中药（TCM）含有大量的神经保护化合物，已被证明可以减轻包括认知障碍或运动功能障碍在内的疾病的症状。但是，传统的动物模型不能满足高效筛选和患者特异性表型的要求，缺乏可靠的疾病模型成为中药有效化合物鉴定的瓶颈。 脑类器官作为一种新型的体外三维立体模型，目前的系统报道还很少。本文综述了脑类器官的发展以及脑类器官在模拟疾病中相对于诱导神经元或细胞的优势。论文还根据脑类器官的特点，从模型的稳定性、脑类器官的诱导标准、脑类器官的筛选方案以及高通量筛选系统的应用和开发等方面进行了展望。 
1. 脑类器官研究进展 目前，脑类器官主要由胚胎干细胞（ESC）或诱导多能干细胞（iPSC）建立，用来研究神经或精神疾病中的区域性缺陷，并不断改进其稳定性与诱导率，使其成为更好的药物发现测试平台。 研究人员发现在ESC中异位表达人类ETV2以及在类器官分化过程中混合培养人脐静脉内皮细胞或iPSC衍生的内皮细胞可以在类器官中产生类似血管网络。直接引入特定基因或细胞类型可以扩大脑类器官的应用，以探索针对神经或精神疾病的治疗靶点和有效药物。此外，外源小胶质细胞纳入类器官可以模拟多种炎症条件以及脑肿瘤，并用于开发治疗神经或精神疾病的有效药物。 建立脑类器官与其他器官的相互作用，可促进治疗靶点的探索。在微流体、3D打印和水凝胶成型等生物材料技术的支持下，脑类器官可以在具有不同种类组织特异性类器官的生物芯片上生长。 2. 用脑类器官模拟神经退行性疾病或精神疾病 尽管脑类器官在模拟发育障碍方面具有优势，但脑类器官需要相对较长的培养时间才能模拟神经退行性病变。使用气液培养方法可以改善神经元的存活率和轴突生长，进而有利于建立不同形态。脑类器官也可用作胚胎和新生儿发育过程的模型，为研究脑发育障碍提供了新途径。 此外，研究表明神经发生可能是脑类器官抑郁症的生物学标志。越来越多的证据表明神经回路网络在精神疾病的发展中发挥着关键作用，因此融合的类器官或组合体可作为精神疾病的模型和研究精神疾病的生物学基础工具。 3. 类器官在中药筛选中的应用
药物筛选系统中培养细胞的优点是系统相对简单且变异数量少，啮齿类动物模型可保证组内变异可控，而目前类器官模型难以建立稳定表型，因此需要克服几个关键问题： 1）最大限度地减少类器官生成和维持过程中的随机异化； 2）设定表型标准来区分健康和病理状况； 3）确定由于随机因素引起的异常类器官的排他性标准。 有研究表明，类器官本身可以反映临床疾病状况的异质性。运用一些新技术可以增强类器官的稳定性，如剪切力控制法、切片培养法和气液界面培养法等，同时建立绘制表型指纹图谱和对照组也能提升类器官系统在药物评价中的作用。在疾病建模中，使用健康的iPSC或ESC来控制类器官的生成过程可以帮助排除来自iPSC不同遗传背景的干扰（图1）。 
图1 
中药（TCM）中富含多种神经保护作用的化合物，随着高通量筛选（HCS）的发展，脑类器官疾病模型为TCM药物筛选提供了一个很好的工具。目前已经开发出了结合多个激光通道、细胞培养箱环境、加速图像获取速度和分析软件包的多样化的HCS系统仪器，有利于一步法筛选。研究人员发现HCS 适用于筛选与上皮间质转化有关的TCM化合物，这对于纤维化疾病和癌症进展期间的转移和侵袭至关重要。 为了反映药物效果，研究人员将11名人类来源的1300个类器官构建了HCS系统，并测试了经美国食品和药物管理局（FDA）批准的可穿透血脑屏障的药物，这一举措不仅为使用iPSC衍生脑类器官的精确医学模型提供了策略，还证实了基于类器官的HCS系统需要与临床症状相匹配且易于检测的确认性表型特征。 利用HCS系统进行的图像分析与每个特征的转录谱相结合可以进一步代表不同表型的生物学应效。基于分类的表型指纹图谱，可以将一个未知靶点的TCM化合物库与在该系统中的生物效应相匹配，从而更好的进行测试(图2)。其中，有许多相关化合物可用于建立类器官的表型缺陷，包括神经发生、神经存活、轴突生长和钙稳态等一些神经机制表型的缺陷。此外，与图像特征相关的转录谱可以为阐明不同药物的作用机制提供支持性证据(图3)。 
图2 
图3
传统的单一化合物筛选方法往往只能针对单一的靶点进行筛选，而TCM化合物往往具有多种成分，且这些成分之间相互作用，共同发挥治疗作用。因此，采用多组分策略，可以更全面地考虑TCM化合物的治疗作用和机制，更好地解释TCM化合物的多靶点作用和复杂性。 同时，结合患者特异性的脑类器官及其表型，可以在适当的配方基础上进行个性化和疾病特异性TCM化合物的药物筛选。这种原则可以通过中医诊断的临床实践来进一步确认，形成循证个体化治疗的循环。 
本文对脑类器官技术筛选中药化合物的发展方向及前景提出了一些看法： 1. 随着稳定脑类器官表型方法和疾病特异性表型的进一步发展，高通量脑类器官筛选将成为药物发现和中医药现代化的主要策略。 2. 未来可以将脑类器官与其他类器官芯片连接起来，以研究多器官相互作用，并验证中药化合物对其他器官或系统功能的改善作用。 3. 脑类器官筛选中药化合物的过程需要严格的规划和可靠的表型监测。 4. 进一步发展脑类器官技术，以更好的模拟神经或精神疾病病变。 5. 建立更多的类器官生物库与中药化合物库，以更好的筛选有效药物。 这些因素将有助于推动脑类器官技术在未来的应用与发展。 
中医药是药物研发的重要资源，需要高通量体外疾病模型来提高开发效率和识别有效化合物。脑类器官作为一种人类衍生的体外3D“迷你大脑”，可作为探索中药化合物的疾病模型。中药的疗效取决于多种成分对不同细胞类型不同靶点的协同作用，脑类器官可以提供多种细胞类型，扩大中药治疗复杂神经或精神疾病的范围。将来，中药化合物的筛选可基于靶病或中药方剂方法，通过脑类器官验证候选化合物的功效，并结合动物模型进一步验证。总之，脑类器官为模拟神经或精神疾病以及中药筛选提供了一个前沿工具，但仍需要严格规划和可靠的表型监测。 参考文献： Zhou JQ, Zeng LH, Li CT, He DH, Zhao HD, Xu YN, Jin ZT, Gao C. Brain organoids are new tool for drug screening of neurological diseases. Neural Regen Res. 2023 Sep;18(9):1884-1889. doi: 10.4103/1673-5374.367983. PMID: 36926704; PMCID: PMC10233755. 
来源：类器官学社 |
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