Nature Methods:类器官为2017年生命科学领域的年度技术

日期: 2018年01月11日


    

导读:2017年生命科学领域的年度技术是什么?有人说是荣膺诺贝尔化学奖的冷冻电子显微技术,有人说是单细胞DNA测序和RNA测序,当然也有人提及红遍大江南北的CRISPR技术,但Nature Methods给出的答案是类器官(organoids)。赛业小编为您推荐“Nature Methods:类器官为2017年生命科学领域的年度技术”,详情如下:


2017年生命科学领域的年度技术是什么?有人说是荣膺诺贝尔化学奖的冷冻电子显微技术,有人说是单细胞DNA测序和RNA测序,当然也有人提及红遍大江南北的CRISPR技术,但Nature Methods给出的答案是类器官(organoids)。这种能将干细胞塞入三维组织模型,构建人类生物学重要工具的新方法已经陆续有了令人兴奋的成果。


我们的生命至少存在三个维度。在硬塑料培养皿中分析扁平细胞的分子与细胞机制,揭示的只是生物学的部分奥秘,走不太远。而科学家们近年来提出的一种新技术:模拟体内组织或类器官的三维干细胞衍生构建体,在探测人类生物学和疾病方面散发出了迷人的光彩。


类器官其实并不完成称为全新工具——因为三维细胞培养是一门古老的学科。但是直到最近,哺乳动物发育、组织稳态的知识丰富了起来,再加上细胞外基质生物学的蓬勃发展,越来越多的干细胞培养经验,将干细胞及其衍生物强大的自我组装特性引入到现实人体组织体外模型中,现在类器官模型已经构建了许多器官的模型,包括脑,肝,肾,乳房,视网膜和胃肠道器官等等。


类器官在多方面发挥着重要的作用:产前发育和组织维持模型,否则研究人员很难在人体内进行这方面的研究;类器官也为研究许多生物学进程提供了人体组织的来源,比如,最近的研究还第一次在活体人组织中观察到了中间神经元的迁移。


类器官也被用于模拟疾病,从感染性疾病如寨卡病毒,到单基因疾病,如囊性纤维化,再到复杂疾病如癌症,都能利用类器官进行研究。由于起始干细胞可被编辑携带感兴趣的遗传变异或突变,或者从多个遗传背景衍生,因此这些都可以作为检查基因型的表型结果的有力模型。甚至也被用于研究进化问题,这样才能进行人类与猿组织之间比较。


但这种技术作为研究工具,最强大的方面也许是与其他尖端方法的协同作用。例如,成像技术在过去的十年里一直在飞速发展,特别是不破坏样品,快速且深入的捕获活体生物学进程,同期Nature Methods也发文探讨了成人干细胞衍生的类器官成像如何能在固定或活组织中,小规模或高通量增加我们对人类生物学的理解,尤其是癌症。


单细胞转录谱分析是这一方法的另一个爆炸性领域,无论是在不同培养方法中分析类器官,追踪谱系,还是分析干扰后果,都能充分分析样品。


而且类器官也在不断的发展,例如,目前已经报道的肾脏类器官至少有10种,它们都具有真正复杂的结构。但从体外产生的这一结构来看,类器官在细胞类型表现,结构和成熟功能方面仍然是不完美的模型,还需要发展。模型也需要不断的评估,并通过评估其局限性来不断优化。显然,动物模型实验也不能放弃,人类胎儿组织的数据可以作为基准,同时还需要考虑到技术和生物学上的变化。


此外,还有原肠胚(gastruloids),这是一种自组装细胞团,它的外观和行为颇似人类胚胎,以及器官芯片(organs-on-chips)(将微流体与三维培养结合起来的技术),这些技术都值得期待。


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