由于对功能性组织和器官替代的需求日益增长，组织工程技术在 20 世纪 90 年代初应运而生。经典的组织工程是基于载体基质、细胞和生长因子的结合来重建丢失或损伤的组织和器官。而干细胞作为近年来的研究热点，不仅提供了具有多能分化能力的靶细胞来源，而且可以作为辅助细胞促进组织稳态、代谢、生长和修复，极大地促进了组织工程和再生领域的基础研究和临床应用。
近年来，类器官、三维(3-dimension,3D)生物打印、器官芯片以及体内原位再生等领域的研究成为组织工程中的热点。类器官主要采用 3D 培养模式，目前已经成功模拟了各个胚层发育的器官，在研究发育、代谢和疾病模拟方面展现了强有力的优势。3D 生物打印技术主要利用具有生物活性的材料包裹不同细胞，构成生物墨水，打印出具有生物活性的组织器官，在组织修复、发育机制研究和药物筛选等方面具有极大的优势。器官芯片技术提升了体外模型系统，模拟机体组织和器官的真实性和稳健性，它是结合生物学、工程学原理和方法构建的，能够模拟特定组织和器官的关键特性或功能的微型系统。而原位再生的方法与其他方法相比具有独特的优势：利用患者自身的细胞，无需外源干细胞的植入，避免了外源免疫排斥的问题；内源细胞可以利用组织器官本身已经存在的组织结构，减少了细胞体外培养、移植、定植及整合等一系列细胞移植所需的步骤，从而减少了人为操作可能引起的细胞基因组改变的发生，也具有较低的整合障碍。
类器官、3D 生物打印、器官芯片和体内原位再生在很大程度上都是基于干细胞工程构建的，它们各有优势，同时也有不足之处。本节将对类器官、3D 生物打印、器官芯片和体内原位再生的最新研究进展、应用以及挑战进行介绍。相信随着研究的进行，这些技术在未来可以取长补短，优势互补，共同促进组织的再生与构建。
图1 类器官的发展历程
随着发育生物学和干细胞生物学的发展，人们可以了解到如何在分子水平上控制干细胞和祖细胞自我更新和沿特定组织谱系分化的行为。同时，再生医学领域研究表明，通过离体干细胞修复器官，干细胞可以分化为一种或多种所需的成熟细胞类型[1]。然而，这些基于 2D 培养的细胞有其自身培养方法的局限性，比如它们缺乏类似于体内的多种细胞的相互作用和微环境，缺乏类似于体内的 3D 结构等，这些缺陷限制了它们在基础研究和临床转化中的应用。在过去的几年里，将干细胞进行 3D 培养构建类器官，用来研究组织和器官生物学成为新的热点[2-4]。
体内器官发育通常涉及相当均质的细胞群体的自组织。自组织是均一系统中细胞分化模式的形成，由系统自主机制和局部细胞间通信导致。类器官(organoid)，即器官类似物，它具有器官特异性的多种细胞类型，能够体现器官的一些特定功能(如分泌、过滤、神经活动和收缩等)。因此，将类器官定义为一种器官特异性细胞类型的集合，由干细胞或器官祖细胞发育而成，并以类似于体内的方式通过细胞分类和空间限制的谱系定向进行自组织[3]。类器官的历史可以追溯到 1970 年，当时 Rheinwald 等[5]发现将原代人角质形成细胞和 3T3 成纤维细胞共培养时，形成了类似人类表皮的分层鳞状上皮克隆，其基底层细胞增生，上层角化。而进人 21 世纪后，随着干细胞领域的迅猛发展，将干细胞进行 3D 培养，通过干细胞的分化和自组织，全球研究团队构建了人体大多数组织器官的类器官模型[6]。
参考文献
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