内分泌系统类器官——甲状腺
背景
甲状腺是脊椎动物非常重要的腺体，属于内分泌器官。在哺乳动物类它位于颈部甲状软骨下方，气管两旁。甲状腺控制使用能量的速度、制造蛋白质、调节身体对其他荷尔蒙的敏感性。甲状腺依靠制造甲状腺素来调整这些反应，有三碘甲状腺原氨酸(T3)和四碘甲状腺原氨酸(T4)。这两者调控代谢、生长速率还有调解其他的身体系统。
甲状腺激素过低或过量分泌、甲状腺肿瘤在内的甲状腺疾病日益高发，且低龄化趋势严重的现象与甲状腺胚胎发育缺陷相关。现阶段对人甲状腺胚胎发育了解匮乏，且缺乏关键发育时期的研究模型。
人体甲状腺模式图
甲状腺类器官的构建
类器官技术无疑是近年来生物医学领域科学研究的热点方向，关于类器官的应用于各种类器官的构建相关研究也逐渐完善，2021年4月，世界上首个人、鼠甲状腺类器官的构建方法被Ogundipe VML等人发现，并成功培养了可以长期进行3D培养的甲状腺类器官，同时开发了适合甲状腺类器官3D培育的培养体系[1]。
在甲状腺成熟培养基中培养7天人、小鼠甲状腺类器官[1]
甲状腺乳头状癌(PTC)是世界范围内最常见的内分泌恶性肿瘤之一。尽管大多数PTC患者预后良好，但仍有一部分患者死亡。为了方便PTC的研究，在2021年4月，Chen D等人建立了世界上首批PTC类器官，并开发了完备的PTC类器官培养体系，为甲状腺癌预防和治疗方案提供潜在的策略[2]。
PTC类器官的延时成像[2]
甲状腺类器官的应用
由于甲状腺类器官模型与PTC类器官模型的成功建立，甲状腺类器官的应用于功能研究也随之开展。van der Vaart J等人在2021年报道完善了适合人和鼠甲状腺类器官的培养体系，并证明了体外3D培养的甲状腺类器官具有完整的激素生产机制，可以用于模拟人类的自身免疫疾病[3]。
人与小鼠甲状腺类器官的培养及所需成分示意图[3]
甲状腺功能亢进症大多是由Graves病引起的，其对人的一生健康有着深远的影响。然而，甲状腺发育缺陷的早期诊断或治疗方法尚未建立，因此，2022年1月，来自复旦大学和中国医学科学院的研究团队在Advanced Science上发表了题为Modeling human thyroid development by fetal tissue-derived organoid culture 的研究论文。该研究在单细胞水平上解析了人甲状腺胚胎发育，明确了12到16孕周是甲状腺功能成熟的关键时间窗口，并描绘其细胞演化图谱。研究者进一步揭示了人胚甲状腺发育的信号调控机制，并基此构建了模拟人甲状腺功能成熟的类器官培养系统，为人甲状腺发育及前瞻性医学研究提供重要理论和模型基础[4]。
甲状腺类器官时间节点代表图像[4]
与甲状腺功能亢进症对应的是甲状腺功能减退症，也是人类最常见的疾病之一，终生激素替代治疗总是差强人意。基于这个条件，研究人员报道了源自人类胚胎干细胞的可移植甲状腺类器官的产生，该器官能够在甲状腺功能减退的小鼠中恢复血浆甲状腺激素，可作为未来治疗发展方向之一[5]。
甲状腺类器官荧光染色[5]
对于PTC疾病的治疗也有相关研究逐渐开展，如Chen D等人建立了9个患者来源的PTC类器官模型，并进行长期培养，同时开展药物敏感性分析，结果表明患者来源的PTC类器官可能是研究肿瘤生物学和药物反应性的有力研究工具，从而有助于验证或发现靶向药物组合[6]。
患者来源的PTC类器官延时拍摄图[6]
由上述内容可知，甲状腺类器官的发展年限较短，但是其发展趋势十分迅猛，迄今为止，仍旧有很多甲状腺疾病在治疗过程中相对困难，也有很多新药的研发过程正苦于没有合适且贴切的实验材料，而甲状腺类器官的应用无疑是为甲状腺疾病的治疗提供了强有力的工具。
参考文献
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