肝脏发育与癌症研究中的类器官

类器官是科学研究中最有前途和发展最迅速的工具之一，特别是在肿瘤学领域。这些三维(3D)复杂结构来源于活的患者诱导多能干细胞。

使用来自活体患者器官的细胞，类器官在指定的培养基中体外生长，以类似于整个器官。这些器官，或类器官，然后被用于测试药物的效果和功效，评估器官再生和更新，并评估无数疾病状态下的各种机制。

作为器官的3D模型，类器官提供了更准确的体内生物过程分析，如基因突变、器官损伤和组织更新，通常这个模型可以帮助开发个性化的疾病治疗。

为什么在研究中使用类器官

在医学研究中，类器官通常被用作人类疾病的复杂模型系统。研究这个系统可以提高对某些疾病类型的了解，特别是癌症。

染色- DNA(蓝色)，LaminB1(绿色，核膜)和GM130(红色，顺式高尔基体)样本类型-小鼠结肠上皮类器官共聚焦图像，用iXon Ultra 888捕获- 20倍水浸40um小孔确认人员(个人或群体)，实验室，研究所:Ronan Mellin, Luke Boulter博士，MRC人类遗传学单元

研究人员通常会系统地在模型系统中插入常见的细胞突变，以区分引发癌症发展的关键驱动突变和通常与整个致癌途径无关的乘客突变。因此，类器官的基因编辑可以深入了解癌症发展所需的基因突变数量。

研究表明，单个小鼠Lgr5+干细胞可以在体外扩增成上皮类器官，并且肝损伤后出现在胆管附近的祖细胞(PCs)可以在数月内克隆扩增成类器官。

PCs在体内外均可分化为功能性肝细胞，提高动物存活率。人的胆管细胞可以在体外扩增成类器官作为生物活性PCs，然后在移植过程中转化为功能性肝细胞。

类器官有利于药物研究

根据Marc van de Wetering (Hubrecht Institute)及其同事2015年在《细胞》杂志上发表的一篇论文，类器官为科学领域提供了各种好处，包括它们在疾病治疗中证明基因-药物关联的能力。

类器官也可能最终有助于个性化医疗干预的发展。例如，来自癌症患者的肿瘤组织可以用来制造癌性类器官，有时被称为类肿瘤。然后，这些类肿瘤可用于测试各种癌症药物的敏感性和耐药性，希望根据在测试的肿瘤组织中观察到的结果得出个性化的治疗方法。

类器官已被用于评估肝脏和肾脏发育和再生过程中发生的生理机制，并发现体外发育功能器官的方法。类器官也被用于研究组织更新和再生，特别是在胃和肠内膜。

染色- DNA(蓝色)，LaminB1(绿色，核膜)和- tubilin(红色，中心体)。样本类型:小鼠结肠上皮类器官。用iXon Ultra 888- 20x水浸40um针孔共聚焦图像捕获Ronan Mellin, Dr. Luke Boulter, MRC人类遗传学单元

2015年发表在《自然》杂志上的一篇论文发现，有可能形成具有完全分段肾元的复杂多细胞肾类器官(每个器官有>500个肾元)。这种类器官可能有助于未来的肾毒性筛查和疾病建模。

在培养的细胞中，肝脏类器官具有显著的基因组完整性的长期维持。由于类器官系统不需要基因改造或重编程因子，并且在移植时也不会出现恶性转化，因此类器官培养可以为移植提供更安全的肝细胞来源。此外，肝类器官可以帮助药物研究人员确定与用于治疗肝病的各种药物相关的毒理学、药理学和肝毒性。

在肝癌研究中使用实验室培养的类器官可能是确定癌症治疗效果的有用方法。新开发的用于治疗癌症的药物需要广泛的测试，以评估患者潜在的药物相关肝毒性。

具体来说，来源于活人体细胞的3D组织类器官可以接种致癌细胞，以创建肝脏肿瘤类器官，以显示肝脏转移性生长。然后，该模型可用于测试肝脏肿瘤细胞对新的和/或现有抗癌疗法的反应。

成像设备/检测设备

共焦成像设备是深入评估类器官形态和行为所必需的。类器官结构的成像需要一个在成像放大倍数、照明和模式方面提供灵活性的系统，同时还需要提高数据采集速度。

蜻蜓是最新的高速，多点共聚焦平台来自安铎。这是一个多模态仪器提供卓越的成像性能，快速，实时可视化的标本评估。模式包括共聚焦、宽视场和同时双色TIRFM，有助于探索体外和体内标本生物学。该系统提供了更大的波长范围，提高了可视化的均匀性，并帮助研究人员简化了在实验室中可视化类器官的工作流程。

此外，Dragonfly与Andor的Fusion软件一起使用，以降低复杂性并提高系统的易用性。蜻蜓可以以400fps的速度捕获16位动态范围共焦图像，并在一次捕获中同时实现低信号和高信号细节。

”来自Andor的蜻蜓系统在我们的工作中非常有用。它简单的软件加上它的速度使得数据采集非常快。与传统共聚焦显微镜的长时间采集相比，我们已经能够使用蜻蜓系统在几分钟内获得大型类器官的图像，并且没有任何分辨率的损失。这样做的好处是，我们现在可以使用类器官来了解三维的基本细胞过程，并使用计算工具来更好地了解这些结构中的细胞生物学。”
Luke Boulter博士，Leverhulme信托基金校长研究员，首席研究员，MRC人类遗传学单元，遗传和分子医学研究所，爱丁堡大学。