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肝类器官
肝脏主要来源于内胚层，由前腹腹上皮发育而成，并发展成肝芽结构[1]。该肝芽产生能够同时产生肝细胞和胆道上皮的成肝细胞，而相邻的中胚层衍生的间充质则有助于肝成纤维细胞和星状细胞。肝芽的生长涉及广泛的血管形成，并最终发展成主要的胎儿造血部位。因此，肝脏的发育代表了内胚层和中胚层衍生组织的复杂相互作用。
早期的重新聚集研究表明，解离的雏鸡胚胎肝组织可以重新聚集并组织成典型的肝脏分泌单位，并与功能性胆管的形成一致[2]。最近，鉴定了成年小鼠肝脏中的一个祖细胞群，该祖细胞在受伤后被激活，当在基质胶中生长时可以产生 3D 肝脏类器官[3]。这些成人来源的肝类器官显示出与胆道相同的细胞，可以分化形成成熟的功能性肝细胞。最后，可以将肝类器官移植到小鼠中，并证明可以部分降低肝脏疾病小鼠模型中的死亡率，并指出了它们的功能。
尽管尚未产生类似的人肝类器官，但最近建立了一种非常不同的方法来产生肝芽组织[4]。从以 2D 方式将人类多能干细胞分化为肝内胚层细胞开始，此方法将 3 种细胞群混合在一起：人类多能干细胞衍生的肝细胞、人间充质干细胞和人类内皮细胞。这种混合细胞群体模仿了发育中的肝脏的早期细胞谱系。当在基质胶层上以高密度混合时，细胞自发形成 3D 聚集体。肝芽样聚集体显示出血管形成，可以异位移植到小鼠体内以供血。也许最有希望的发现是，移植了这些肝芽组织的小鼠的血液中显示出人类特异性的代谢产物。此外，当将肝芽移植到小鼠体内时，遭受肝损伤的小鼠的存活期增加。Hendriks 等[5]利用聚类规则间隔短回文重/相关系统 9(clustered regularly interspaced short palindromic repeats/associatedsystem9,CRISPR/CAS9)和同源性无关的类器官转基因方法，在 1~2 个月的时间内建立了人胎肝细胞类器官、基因组工程人类肝导管类器官和人类胎儿肝细胞类器官需要 2~3 个月。
图1 内胚层类器官的研究进展（二）
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胰腺类器官
胰腺是一个腺体器官，有2个重要的功能：产生消化酶和产生负责葡萄糖稳态的激素。LGR5 标记多个成体器官的成体干细胞，是 Wnt 激动剂 R-spondin 的受体。肠道、胃和肝脏的 LGR5+ 干细胞在 3D 培养中生长，形成不断扩大的类器官，类似于起源组织。然而，在成人胰腺中，Wnt 信号是不活跃的，LGR5 在生理条件下不表达。Huch 等[6]报道 Wnt 通路在部分导管结扎损伤时被强有力地激活，同时在再生的胰腺导管中出现 LGR5 表达。在体外，来自小鼠胰腺的导管片段在基于 R-spondin 的培养物中启动 LGR5 的表达，并发展成出芽的囊状结构(类器官)，每周扩展 5 倍，持续约 40 周。单个分离的导管细胞也可以被培养成含有 LGR5 干细胞/祖细胞的胰腺类器官，这些细胞可以被克隆扩展。克隆胰腺类器官在移植后可诱导分化为导管细胞和内分泌细胞，表明它们具有双重潜能。
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肺类器官
肺类器官的获得是一个可变、可控的过程，与起始细胞类型和培养微环境(包括培养基和培养系统)有关。类器官是细胞在体外增殖和分化形成的克隆产物，它们与母体细胞具有相似的生物学特性和行为。因此，肺类器官产生的首要因素是起始细胞类型，它决定了肺类器官的最终应用。通常，起始细胞是肺多能干/祖细胞、成体干细胞和胚胎干细胞。这些起始细胞可以通过报告细胞系和荧光活化细胞分选进行鉴定和分离，然后在体外的培养系统上进行培养。
肺类器官产生的其他因素是培养微环境，在培养环境中使用基质凝胶是类器官培养和其他细胞培养的主要区别。基质胶广泛用于生成 3D 肺部类器官[7,8]。基质胶含有复杂的细胞外基质(ECM)，在体内为细胞提供支持框架(就像在器官中一样)，促进细胞的生长和分化。2015 年，由人多能干细胞衍生的人类肺类器官首次被报道[9]。它们的结构特征与天然肺相似，由近端气道上皮、远端肺泡上皮和间叶细胞组成。
不同的研究策略产生了不同的培养微环境来生产肺类器官。Barkauskas 等[7]建立了一个与原代血小板衍生生长因子受体 α(platelet-derived growthfactor a,PDGFRA)阳性的肺成纤维细胞的 3D 共培养系统，由于成纤维细胞的营养作用，可以快速产生更多、更圆的肺泡。Jacob 等[10]在没有间充质支持的 3D 培养中获得单层肺泡，基质细胞的缺乏并没有削弱诱导多能干细胞衍生的 Ⅱ 型肺泡上皮细胞增殖和分化的能力。没有支持细胞的培养体系可以减少内源性对起始细胞的干扰。de Carvalho 等[11]在含有其他 FGF 的情况下，用 I 型胶原凝胶替代了基质胶，并发现衍生的肺类器官比使用基质胶产生的表达更多成熟细胞的标记物，这发现为培养基提供了更多的选择。
气液界面培养系统也能支持气道干细胞的增殖和分化。考虑到与呼吸生理密切相关，优先再现呼吸道的假复层黏纤毛上皮结构，但限制气管的空间结构[12]。为了获得具有真实结构和功能的肺类器官，有研究[13]将基质胶和气液界面这两个系统组合应用，通过该系统从人多能干细胞衍生的肺类器官中获得的多纤毛气道细胞(multi-ciliated airway cell,MCAC)的功能优于 3D 培养中的 MCAC。
分离起始细胞并将其置于具有必要信号的适当培养系统中，诱导其经历从内胚层到前肠内胚层[14-16]，再经过肺类器官的发育，是体外获得肺类器官的基本过程[17]。
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