【之江院士讲坛】陈晔光:人体器官的“双胞胎”新模型
人体的器官是如何运作的?类器官将为生物医学领域开辟怎样的新图景?在省委宣传部、省科协共同打造的“之江院士讲坛”第二期活动中,中国科学院院士陈晔光,科普了类器官在疾病研究、医药研发等方面的优势和前景。
人体器官的“双胞胎”
新药研发非常需要一个能接近人的疾病模型,而类器官恰恰满足这一条件。类器官是一种在体外培育而成的具备三维结构的微器官,拥有类似真实器官的复杂结构,并能部分模拟来源组织器官的生理功能。也就是说,可以把类器官看做组织器官的新模型,它属于三维细胞培养物,仿佛是对应器官的“双胞胎”,与对应的器官拥有类似的空间组织,并能够重现对应器官的部分功能。以小肠类器官为例,它有干细胞等所有细胞类型,也有“神似”小肠功能上的反应,如吸收水与排水的功能。
在过去,常用细胞模型和动物模型进行新药研发。
但采用动物模型研发新药比较昂贵,没法大批量进行。动物模型可研究基本生物学现象,但复杂的药物分析没法进行。无论是细胞模型还是动物模型,都跟人体存在一定差距,未必能反映病人体内情况。
但如果用类器官作为模型的话,就不必为上述问题困扰了。陈晔光说,类器官的优势在于它是“活”的,可复苏的,能在体外扩增并复制的器官组织,能非常接近正常机体的细胞组织和行为。
例如研发治疗胃癌的新药,不同胃癌患者发病原因不同,用1万个类器官采集1万个病人,就代表1万个病人肿瘤特征,这就是类器官库。进行药物筛选的时候,可以通过类器官库进行海量研究,为某一种亚型的肿瘤找到针对性强的药物或药物组合,从而达到精准医疗的目的。也可以通过海量研究进行药物分析,为什么有的药物有用,有的药物没用,或者找出某种药物治疗中达到多少百分比的有效性……这些药物分析都能为临床试验亮起指明灯,同时还大大缩减研发时间和成本。
类器官的前景
与人类器官高度相似的类器官是怎么来的呢?陈晔光介绍了三种方式:第一种是从成体组织中提取干细胞;第二种是从胚胎中提取胚胎干细胞;第三种是从体细胞中诱导分化诱导多能干细胞。
在生命健康领域,类器官的技术及其应用越来越受重视。在互动讨论中,浙江大学医学院附属第一医院党委书记、主任医师、教授梁廷波说,大家都知道,器官是短缺的,一名需要器官移植的患者等到合适的器官要花费好长时间,如果类器官技术日趋成熟,可以做器官再造,那么将造福大众。
“很多肿瘤的发病机制尚不明确,所以一个和人非常接近的疾病模型就非常重要。”陈晔光补充说,如果把类器官作为疾病模型来研究疾病到底如何发生,知晓发病过程,才有望采取有效阻断或抢救,有效抵御肿瘤。
类器官虽然具有能够快速在体外培养、十分接近器官组织、便于遗传操作等优势,但目前来看,类器官并不能完全代表体内组织器官,也很难模拟组织器官之间的互相作用,很多类型的类器官的培养还不够成熟。“人体是一个整体,体内各个器官都息息相关,而类器官却是单独的。”陈晔光说,想要实现器官体外重构,还需要医学、材料学、组织工程学、生物学等多学科共同努力。
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