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Organogenesis in a dish: modeling development and disease using organoid technologies. ​

文献信息 ​

PMID25035496
期刊Science (New York, N.Y.)
影响因子45.8
JCR 分区Q1
发表年份2014
被引次数1360
关键词类器官, 干细胞, 三维培养, 人类发育, 疾病模型
文献类型Journal Article, Research Support, Non-U.S. Gov't, Review
ISSN0036-8075
页码1247125
期号345(6194)
作者Madeline A Lancaster, Juergen A Knoblich

一句话小结 ​

本研究总结了类器官技术的发展，强调了脊椎动物细胞的自组织能力在重建器官中的应用，尤其是利用干细胞培养类器官来模拟人类发育和疾病。类器官不仅在药物测试中展现出巨大潜力，也为未来的器官替代策略提供了新的可能性，具有重要的生物医学研究意义。

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类器官 · 干细胞 · 三维培养 · 人类发育 · 疾病模型

摘要 ​

经典实验在半个世纪前展示了脊椎动物细胞巨大的自组织能力。即使在完全解离后，细胞仍然可以重新聚集并重建器官的原始结构。最近，这一卓越特性被用于从组织或胚胎干细胞重建器官部分甚至完整的器官。这种源自干细胞的三维培养物被称为类器官。由于类器官可以从人类干细胞和患者衍生的诱导性多能干细胞中培养，因此它们有潜力模拟人类发育和疾病。此外，它们在药物测试和未来的器官替代策略中也具有潜在应用。在这里，我们总结了这一快速发展的领域，并概述了类器官技术在未来生物医学研究中的潜力。

英文摘要 ​

Classical experiments performed half a century ago demonstrated the immense self-organizing capacity of vertebrate cells. Even after complete dissociation, cells can reaggregate and reconstruct the original architecture of an organ. More recently, this outstanding feature was used to rebuild organ parts or even complete organs from tissue or embryonic stem cells. Such stem cell-derived three-dimensional cultures are called organoids. Because organoids can be grown from human stem cells and from patient-derived induced pluripotent stem cells, they have the potential to model human development and disease. Furthermore, they have potential for drug testing and even future organ replacement strategies. Here, we summarize this rapidly evolving field and outline the potential of organoid technology for future biomedical research.

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主要研究问题 ​

  1. 在使用类器官技术建模人类发育和疾病时，是否存在特定类型的细胞或组织更适合于器官重建？
  2. 类器官在药物测试中的应用有哪些成功案例？它们如何影响药物开发的流程？
  3. 未来类器官技术在器官替代策略中的潜在挑战和机遇是什么？
  4. 目前有哪些研究方法可以进一步提高类器官的生物相似性和功能性？
  5. 类器官技术如何帮助我们理解特定疾病的发病机制，例如癌症或神经退行性疾病？

核心洞察 ​

研究背景和目的 ​

本研究的背景源于经典实验的发现，表明脊椎动物细胞具备卓越的自我组织能力，即使在完全解离的情况下，细胞也能重新聚集并重建原有器官的结构。随着生物技术的发展，科学家希望利用这种自组织能力来重建器官的部分或完整结构，进而为理解人类发育及疾病提供新的模型。这项研究的目的是总结和探讨类器官技术（organoid technologies）在生物医学研究中的应用潜力，特别是在建模人类发育、疾病、药物测试及未来器官替代策略方面的前景。

主要方法和发现 ​

研究利用了从人类干细胞及患者源诱导多能干细胞（iPSCs）中培养的三维类器官。这些类器官能够模拟人类器官的结构和功能，使得研究者能够在体外环境中重建和观察人类的生物过程。通过对类器官的培养和观察，研究者们发现这些类器官不仅可以反映正常的生理状态，还能模拟多种疾病的病理特征，为疾病机制的研究提供了新的平台。

核心结论 ​

类器官技术的迅速发展为生物医学研究提供了新的视角。研究表明，类器官不仅具备再现人类器官微环境的能力，还可以为个性化医学和疾病模型的建立提供支持。这一技术的应用将极大推动药物研发和疾病治疗策略的创新。

研究意义和影响 ​

本研究强调了类器官技术在生物医学研究中的重要性，特别是在理解人类发育过程和疾病机制方面的潜力。类器官的开发不仅能促进基础科学的研究，还可能改变临床实践，尤其是在药物筛选和个性化治疗方面。此外，类器官的出现为未来的器官替代策略提供了希望，可能在解决器官移植供体短缺的问题上发挥关键作用。因此，该领域的持续发展将对医学研究、药物开发及临床治疗产生深远的影响。

引用本文的文献 ​

  1. Single luminal epithelial progenitors can generate prostate organoids in culture. - Chee Wai Chua;Maho Shibata;Ming Lei;Roxanne Toivanen;LaMont J Barlow;Sarah K Bergren;Ketan K Badani;James M McKiernan;Mitchell C Benson;Hanina Hibshoosh;Michael M Shen - Nature cell biology (2014)
  2. Human pluripotent stem cell-derived products: advances towards robust, scalable and cost-effective manufacturing strategies. - Michael J Jenkins;Suzanne S Farid - Biotechnology journal (2015)
  3. Genetic regulation of murine pituitary development. - Karine Rizzoti - Journal of molecular endocrinology (2015)
  4. Animal models of gastrointestinal and liver diseases. Animal models of cystic fibrosis: gastrointestinal, pancreatic, and hepatobiliary disease and pathophysiology. - Alicia K Olivier;Katherine N Gibson-Corley;David K Meyerholz - American journal of physiology. Gastrointestinal and liver physiology (2015)
  5. Muscling in on the third dimension. - Mohsen Afshar Bakooshli;Penney M Gilbert - eLife (2015)
  6. Primary retinal cultures as a tool for modeling diabetic retinopathy: an overview. - Andrea Matteucci;Monica Varano;Cinzia Mallozzi;Lucia Gaddini;Marika Villa;Sara Gabrielli;Giuseppe Formisano;Flavia Pricci;Fiorella Malchiodi-Albedi - BioMed research international (2015)
  7. Micropatterned, clickable culture substrates enable in situ spatiotemporal control of human PSC-derived neural tissue morphology. - G T Knight;J Sha;R S Ashton - Chemical communications (Cambridge, England) (2015)
  8. In vivo reprogramming for tissue repair. - Christophe Heinrich;Francesca M Spagnoli;Benedikt Berninger - Nature cell biology (2015)
  9. Advances in reprogramming-based study of neurologic disorders. - Anjana Nityanandam;Kristin K Baldwin - Stem cells and development (2015)
  10. Reprogramming for cardiac regeneration. - Christophe Michel Raynaud;Faizzan Syed Ahmad;Mona Allouba;Haissam Abou-Saleh;Kathy O Lui;Magdi Yacoub - Global cardiology science & practice (2014)

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