迷你器官 小中见大

科学家已经在实验室培育了胃器官。资料来源:泰勒·布洛达

肉眼看来，这些比芝麻小的小球似乎是不规则聚集的细胞。然而，当它们被置于显微镜下时，在这些实验室中培养的微型器官具有非常复杂的结构:在肾脏中有微小的小管，在大脑皮层或肠道中有细微的褶皱。

现在，在3D细胞培养技术的帮助下，科学家们已经能够在实验室中制造各种器官，包括肝脏、胰腺、胃、心脏、肾脏，甚至乳房等等。最近，《发展》杂志以特刊的形式回顾了这一领域的最新发展，提到这些微型器官广泛用于体外模拟疾病过程和测试药物。

相似的器官是真实器官的缩影吗？很难说。这些细胞球体可以在结构上模仿许多器官的精细结构。然而，它们在许多方面不同于真正的人体器官。最重要的区别是这些微型器官缺乏血管系统，而血液是人体器官生长和正常功能所必需的。

因此，类似的器官只能永远保持在一个微小而简单的状态，而科学家们还未能培育出任何接近实际大小的外部器官。然而，他们从二维细胞培养迈出了一大步。目前的器官样器官可以模拟器官形成的最早过程，并可以用来研究基因突变等因素如何影响正常器官的功能。

如何培养一种器官？目前，干细胞主要用于器官样培养技术，该技术通过模拟人类发育环境，诱导干细胞在器官中分化为不同类型的细胞，形成器官的基本结构。然而，干细胞的来源对形成的器官样器官有很大的影响。

一些研究人员使用多能干细胞，包括胚胎干细胞和从体细胞诱导的多能干细胞，理论上它们可以分化成体内的任何细胞。由于这些器官在最初几周和几个月内重新定义了器官的生长，它们可以帮助研究人员识别这些过程中的“微小缺陷”，例如导致肠道中一些重要细胞缺失的基因突变。

"你可以在你眼前的培养皿中看到先天性缺陷."美国辛辛那提儿童医院的发育生物学家詹姆斯·威尔斯说。

此外，这些器官对神经科学研究非常有用。例如，在寨卡病毒研究中，科学家们研究了病毒对小脑的影响，发现病毒可以拦截并杀死神经前体细胞，从而减缓大脑发育并导致新生儿小头畸形的出现。

其他器官使用成体干细胞。通常这些从器官组织中分离出来的干细胞可以在器官受损时帮助修复器官。这些细胞产生的微型器官结构相对简单，但仍可用于器官研究。用这种方法生产的小型肝、胃、小肠、胰腺等器官，对研究遗传差异对器官功能的影响和检验药物有很大帮助。

那么，对类似器官的预测准确吗？在药物作用机制的研究中，至少有一种器官已经证明了它的价值。荷兰胡布雷希特研究所的干细胞生物学家汉斯·克莱夫斯和他的同事们从患有囊性纤维化的病人和培养的小肠中获得了小肠细胞。当福特制药公司开发的新药应用于这种小型小肠时，小肠粘膜的盐和水吸收功能得以恢复，而不会引起炎症反应。

然而，也有人对此表达了谨慎的看法。他们认为不清楚相似的器官在多大程度上可以模拟真实的器官。美国约翰·霍普金斯大学的神经科学家郭立明用一个微型大脑研究寨卡病毒，他认为迄今为止，像这样的器官缺乏免疫系统，因此在筛选抗病毒药物时，它们不能完全复制体内的真实情况。

此外，在这个领域还有另一个重大挑战:标准化。干细胞的自组装将形成具有各种形状和细胞类型的器官样器官。特刊上的一篇文章提出了一种排列肠细胞培养物的方法，以便制备更均匀和成熟的器官。

类似的器官可以用于器官移植吗？至少现在还没有。研究人员希望有一天微型器官能够植入人体，以再生或修复器官。科学家已经成功地将小型肝脏和小肠植入小鼠体内，并对其进行了开发。此外，威尔斯等人已经使用实验室培养的组织来治疗由早产儿感染引起的肠道损伤。然而，由于不可能在实验室里培育更大的肠道，科学家们正在探索如何在病人腹部培育一个类似器官的器官，然后将它与肠道连接起来。

"类器官器官可能离人体器官移植至少还有10年."威尔斯说，但是如果我们回到10年前，就不可能想象人们在培养皿中培养这些微小的器官。

(张张编)

中国科学新闻(2017-03-22第三版国际版)