一、從2D到3D，從3D到類器官
正如上一期3D細胞應用手冊的內容，3D細胞培養模型以其能夠促進細胞分化水平和組織形成，已經在生物科研領域受到了廣泛關注，這些在傳統的2D細胞培養系統下是不可能實現的。包括用于治療研究的各種傳統模型都很好地復制了腫瘤的組織復雜性與遺傳異質性。

1. Respective features were judged as best (+++), suitable (++), possible (+), not very suitable (±) or unsuitable (－). NA, not available; PDTX, patient-derived tumour xenograft.
Only in epithelial tumours.
3. bThe immune system could be implemented by co-culturing organoids with haematopoietic cells. Table adapted and updated with permission from, Elsevier.

我們知道，要想清楚了解組織是如何形成的，它們的生理功能，以及其功能是如何形成的，理解這些由多種不同類型細胞緊密結合，具有特定的3D結構、機械特性和生化環境的活的器官是非常重要的。

目前隨著微流控技術在生物學的應用，利用微流控技術和3D培養技術，能夠構建出細胞培養的微環境、活組織培養所需的機械結構和微環境，并能實現藥物的梯度濃度變化，利用這些技術能夠實現類似于正常器官組成的微型器官結構。這種方法或結構稱為“芯片上的器官”（organs-on-chips）或“類器官”。

類器官模型是一種3D(三維)細胞培養系統，其與體內的來源組織或器官高度相似。這些3D系統可復制出已分化組織的復雜空間形態，并能夠表現出細胞與細胞、以及細胞與基質之間的相互作用。理想狀態下，類器官與體內分化的組織具有相似的生理反應。這不同于傳統的2D(二維)細胞培養模型，后者在物理、分子和生理學等特性上通常與來源組織的相似性很低。

Lancaster 和 Knoblich將類器官定義為:“器官特異性細胞的集合，這些細胞從干細胞或器官祖細胞發育而來，并能以與體內相似的方式經細胞分序(cell sorting out) 和空間限制性的系別分化而實現自我組建”。

根據Lancaster和Knoblich的定義，類器官應該具有和器官一樣的若干重要特征:
• 必須包含一種以上與來源器官相同的細胞類型
• 應該表現出來源器官所特有的一些功能
• 細胞的組織方式應當與來源器官相似類器官技術通常依賴于微流控技術，因為通過微流控技術不但能夠增加細胞結構的復雜性，使其盡可能地接近真實的生理狀態，同時，微流控技術帶來的可操控性給類器官及相關技術帶來了豐富的干預手段：
• 易于干預細胞的培養液、培養條件
• 對于致密3D結構可以進行氧氣和營養的灌流
• 對于不同的細胞類型或不同的組織結構進行液體交換控制和培養液的收集
• 可以方便的控制溶液內不同因子的濃度條件
• 能夠在空間上控制不同結構的形態以及它們的相互關系
• 低培養體積能夠使細胞來源的細胞因子濃度提高，增強旁分泌信號
• 機械刺激（間隙液流，機械延展和流體切應力等）
類器官對于生物學研究和醫學的意義
考慮到以上類器官技術所具有的特點和優勢，其能夠對于患者腫瘤能夠進行更好的模擬，因此，利用類器官平臺，有望能夠得到更多關于患者癌癥及其他疾病的洞見，并有望轉化為個體化的治療方法。

在2018年的一篇《科學》論文上，研究人員們利用患者的腫瘤，制造出了類器官。隨后，他們利用化合物庫，在這些類器官中進行篩選。根據類器官實驗的結果，研究人員希望能夠反推出患者接受某一特定療法的成功率。研究表明，這種預測手段的陽性率為88%（預測療法有效），而陰性率為100%（預測療法無效）！因此，通過該方法的應用，我們可以提前知道哪些療法對患者不起效，從而讓寶貴的時間用于可能起效的療法上，對特定的患者進行有效治療。

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