科学家在实验室培养出胃部类器官。图片来源：Taylor Broda

肉眼看上去，这些比芝麻粒还小的小球似乎只是细胞的无规则聚集。但将它们放到显微镜下，这些实验室中培养的迷你器官却展现出十分复杂的结构：肾脏上有微小的细管，大脑皮层或肠道内有精妙的褶皱。这些被称为“类器官”的三维细胞培养物，正成为生物医学研究的重要工具。

借助3D细胞培养技术，科学家已能在实验室中制造出多种类器官，包括肝、胰、胃、心、肾，甚至乳腺等。近日，《发育》杂志以专刊形式回顾了这一领域的最新进展，指出类器官在体外模拟疾病过程及药物测试方面具有广泛用途。

类器官是真实器官的缩影吗？很难一概而论。这些细胞球在结构上能模仿许多脏器内部的精细结构，但与真正的人体器官存在显著差异，其中最关键的是缺乏血管系统。血液对于器官的生长发育和正常功能至关重要，因此类器官只能维持在迷你状态，科学家尚无法培育出接近实际大小的体外器官。尽管如此，从二维细胞培养到三维类器官，已是重大飞跃。类器官可模拟器官形成的最早期过程，并用于研究基因突变等因素如何影响正常器官功能。

如何培养类器官？目前主要使用干细胞，通过模拟人体发育环境，诱导干细胞分化成器官内不同类型的细胞，并形成基本结构。干细胞的来源对类器官特性影响显著。多能干细胞（包括胚胎干细胞和诱导多能干细胞）理论上能分化成体内任何细胞，由此产生的类器官可重现器官早期发育过程，帮助识别发育中的“小故障”，例如导致肠道缺乏某些重要细胞的基因突变。美国辛辛那提儿童医院发育生物学家James Wells指出：“你能在培养皿中亲眼目睹先天性缺陷的发生。”

类器官对神经科学研究尤为有用。例如，在寨卡病毒研究中，科学家利用迷你大脑发现病毒能拦截并杀死神经前体细胞，减缓大脑发育，导致新生儿小头症。此外，成体干细胞来源的类器官结构较简单，但可用于研究遗传差异对器官功能的影响及药物测试，如迷你肝、胃、小肠和胰等。

类器官的预测准确性如何？在药物作用机理研究中，至少一种类器官已证明其价值。荷兰Hubrecht研究所干细胞生物学家Hans Clevers团队从囊性纤维化患者小肠细胞培养出迷你小肠，当使用福泰制药公司的新药后，小肠黏膜的盐、水吸收功能恢复，且未引起炎症反应。然而，也有学者持谨慎态度，认为类器官模拟真实器官的程度尚不明确。美国约翰斯·霍普金斯大学神经学家Guo-Li Ming指出，类器官缺乏免疫系统，因此在筛选抗病毒药物时无法完全复制体内真实情况。

该领域还面临另一重大挑战：标准化。干细胞自我组装会形成形状和细胞类型多样的类器官。特刊文章提出一种排列肠道细胞培养物的方法，以制备更统一、成熟的类器官。至于类器官能否用于器官移植，目前尚不可行。研究人员希望未来能将迷你器官植入人体，修复或再生器官。科学家已成功将迷你肝脏和小肠植入小鼠体内并发育，Wells等人还尝试用实验室培养的组织治疗早产儿肠道损伤。但由于无法培养更大的肠道，科学家正探索在患者腹部培养类器官再接入肠道的方法。Wells表示：“类器官距离人体器官移植可能至少还有10年，但若回到10年前，根本无法想象能在培养皿内长出这些迷你器官。”