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Modeling Development and Disease with Organoids. ​

文献信息 ​

DOI10.1016/j.cell.2016.05.082
PMID27315476
期刊Cell
影响因子42.5
JCR 分区Q1
发表年份2016
被引次数1468
关键词类器官, 3D培养技术, 再生医学, 个性化药物反应
文献类型Journal Article, Review
ISSN0092-8674
页码1586-1597
期号165(7)
作者Hans Clevers

一句话小结 ​

近年来，三维培养技术的进步使得干细胞能够自我组织形成类器官，模拟人类器官的发育及病理状态，从而在个性化药物反应预测和再生医学中展现出广泛的应用潜力。这项研究为基因治疗和再生医学的发展提供了新的方向，推动了相关领域的探索。

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类器官 · 3D培养技术 · 再生医学 · 个性化药物反应

摘要 ​

近年来，三维培养技术的进步使得胚胎和成年哺乳动物干细胞能够展示其显著的自我组织特性，所产生的类器官反映了肾脏、肺、肠道、大脑和视网膜等器官的关键结构和功能特性。因此，类器官技术可以用于模拟人类器官发育及各种人类病理状态“在培养皿中”的表现。此外，患者来源的类器官在个性化药物反应预测方面也展现出希望。类器官为再生医学开辟了新的途径，并与编辑技术结合，为基因治疗提供了可能。这项技术的众多潜在应用才刚刚开始被探索。

英文摘要 ​

Recent advances in 3D culture technology allow embryonic and adult mammalian stem cells to exhibit their remarkable self-organizing properties, and the resulting organoids reflect key structural and functional properties of organs such as kidney, lung, gut, brain and retina. Organoid technology can therefore be used to model human organ development and various human pathologies 'in a dish." Additionally, patient-derived organoids hold promise to predict drug response in a personalized fashion. Organoids open up new avenues for regenerative medicine and, in combination with editing technology, for gene therapy. The many potential applications of this technology are only beginning to be explored.

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主要研究问题 ​

  1. 在器官样本的培养中，如何确保其结构和功能能够真实反映人类器官的特性？
  2. 患者来源的类器官在药物反应预测中具体是如何应用的？有哪些成功的案例？
  3. 类器官技术在再生医学中的具体应用场景有哪些？如何评估其有效性？
  4. 与基因编辑技术结合时，类器官如何推动基因治疗的发展？存在哪些挑战？
  5. 在不同疾病模型中，类器官技术的应用效果如何？是否存在特定的优势或局限性？

核心洞察 ​

1. 研究背景和目的 ​

随着3D培养技术的快速发展，研究者们发现胚胎和成人哺乳动物干细胞具备显著的自组织能力。通过这一技术，科学家能够在试管中培养出反映关键结构和功能特性的类器官（organoids），如肾脏、肺、肠道、大脑和视网膜等。这一研究的主要目的是利用类器官技术模拟人类器官的发育过程及各种人类疾病，从而为基础医学研究和临床应用提供新的工具和思路。

2. 主要方法和发现 ​

研究利用3D培养技术生成不同来源的干细胞，并观察其自组织能力，形成具有特定器官特征的类器官。通过对患者来源的类器官进行分析，研究者能够预测个体对药物的反应。这一发现为个性化医疗开辟了新的方向，尤其是在药物筛选和疗效评估方面。此外，结合基因编辑技术，类器官也为基因治疗的研究提供了新的平台，有望在再生医学领域产生重大影响。

3. 核心结论 ​

类器官技术不仅能够模拟人类器官的发育过程，还能够有效地再现多种人类疾病的病理特征。这种技术的可塑性使得研究人员能够在实验室中探索疾病机制，并测试潜在的治疗方案。此外，患者来源的类器官展示了个性化药物治疗的前景，为精准医疗提供了重要支持。

4. 研究意义和影响 ​

本研究的意义在于推动了再生医学和个性化医疗的发展。类器官技术的应用为研究人类生理和病理提供了强大的工具，促进了对疾病机制的深入理解，并为新药开发提供了高效的筛选平台。同时，结合基因编辑的类器官有助于探索基因治疗的可能性，推动医学领域的创新与进步。总体而言，这项研究为未来的医学研究和临床实践开辟了广阔的前景，可能会改变我们对疾病治疗的传统思维模式。

引用本文的文献 ​

  1. Large variety in a panel of human colon cancer organoids in response to EZH2 inhibition. - Martijn A J Koppens;Gergana Bounova;Paulien Cornelissen-Steijger;Nienke de Vries;Owen J Sansom;Lodewyk F A Wessels;Maarten van Lohuizen - Oncotarget (2016)
  2. Organoid Culture of Human Cancer Stem Cells. - Yohei Shimono;Junko Mukohyama;Taichi Isobe;Darius M Johnston;Piero Dalerba;Akira Suzuki - Methods in molecular biology (Clifton, N.J.) (2019)
  3. Mammary Tumor-Associated RNAs Impact Tumor Cell Proliferation, Invasion, and Migration. - Sarah D Diermeier;Kung-Chi Chang;Susan M Freier;Junyan Song;Osama El Demerdash;Alexander Krasnitz;Frank Rigo;C Frank Bennett;David L Spector - Cell reports (2016)
  4. The development of anatomy: from macroscopic body dissections to stem cell-derived organoids. - Beate Brand-Saberi;Holm Zaehres - Histochemistry and cell biology (2016)
  5. Fluid Dynamic Modeling to Support the Development of Flow-Based Hepatocyte Culture Systems for Metabolism Studies. - Jenny M Pedersen;Yoo-Sik Shim;Vaibhav Hans;Martin B Phillips;Jeffrey M Macdonald;Glenn Walker;Melvin E Andersen;Harvey J Clewell;Miyoung Yoon - Frontiers in bioengineering and biotechnology (2016)
  6. Self-Organization of Stem Cell Colonies and of Early Mammalian Embryos: Recent Experiments Shed New Light on the Role of Autonomy vs. External Instructions in Basic Body Plan Development. - Hans-Werner Denker - Cells (2016)
  7. Nanomedicines for renal disease: current status and future applications. - Nazila Kamaly;John C He;Dennis A Ausiello;Omid C Farokhzad - Nature reviews. Nephrology (2016)
  8. Designer matrices for intestinal stem cell and organoid culture. - Nikolce Gjorevski;Norman Sachs;Andrea Manfrin;Sonja Giger;Maiia E Bragina;Paloma Ordóñez-Morán;Hans Clevers;Matthias P Lutolf - Nature (2016)
  9. Intestinal stem cell transplantation. - Tetsuya Nakamura;Mamoru Watanabe - Journal of gastroenterology (2017)
  10. A SILAC-Based Method for Quantitative Proteomic Analysis of Intestinal Organoids. - Alexis Gonneaud;Christine Jones;Naomie Turgeon;Dominique Lévesque;Claude Asselin;François Boudreau;François-Michel Boisvert - Scientific reports (2016)

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