类器官在肝脏发育和癌症研究中的作用

在科学研究中，特别是在肿瘤学领域，类器官是最有前途和发展最快的工具之一。这些三维(3D)复杂的结构来源于活的患者诱导的多能干细胞。

利用来自活病人器官的细胞，类器官在体外特定的培养基中生长，以类似整个器官。然后，这些器官或类器官被用来测试药物效果和功效，评估器官再生和更新，以及评估无数疾病状态下的各种机制。

作为器官的3D模型，类器官提供了更准确的体内生物过程分析，如基因突变、器官损伤和组织更新，通常这种模型可以帮助开发个性化的疾病治疗。

为什么在研究中使用有机物

在医学研究中，类器官通常被用作人类疾病的复杂模型系统。研究这个系统可以提高对某些疾病类型的认识，特别是癌症。

染色- DNA(蓝色)，LaminB1(绿色，核膜)和GM130(红色，顺式高基)样本类型-小鼠结肠上皮器官共聚焦图像捕获iXon Ultra 888- 20x水浸泡40um针孔

研究人员通常会系统地在模型系统中插入常见的细胞突变，以区分启动癌症发展的关键驱动突变和通常与总体致癌途径无关的乘客突变。因此，对类器官的基因编辑可以深入了解癌症发展所需的基因突变数量。

研究表明，单个小鼠Lgr5+干细胞可以在体外扩展成上皮样器官，肝损伤后出现在胆管附近的祖细胞(PCs)可以在几个月的时间内无性扩展为类器官。

pc还能在体内和体外分化为有功能的肝细胞，提高动物存活率。人胆管细胞可在体外扩增为类器官，具有生物活性，并在移植过程中转化为功能性肝细胞。

类器官有利于药物研究

根据Marc van de Wetering (Hubrecht研究所)及其同事2015年发表在《细胞》杂志上的一篇论文，类器官为科学领域提供了各种好处，包括它们能够证明基因-药物在疾病治疗中的关联。

类器官也可能最终有助于个性化医疗干预的发展。例如，癌症患者的肿瘤组织可以被用来制造癌性的类器官，有时也被称为类肿瘤。这些类肿瘤可以用来测试各种癌症药物的敏感性和耐药性，有望根据在被测试的肿瘤组织中观察到的结果进行个体化治疗。

类器官已被用于评估肝和肾发育和再生过程中发生的生理机制，并发现在体外培养功能器官的方法。类器官也被用于研究组织更新和再生，特别是在胃和肠内壁。

染色- DNA(蓝色)，LaminB1(绿色，核膜)和- tubilin(红色，中心体)。样本类型-小鼠结肠上皮样器官。Ronan Mellin, Dr. Luke Boulter, MRC人类遗传学单位

2015年发表在《自然》杂志上的一篇论文发现，有可能形成一个复杂的多细胞肾器官，具有完全分段的肾单位(>每个器官500个肾单位)。该器官可能有助于未来的肾毒性筛查和疾病建模。

在培养细胞中，肝类器官具有显著的基因组完整性的长期维持。由于类器官系统不需要基因修饰或重编程因子，移植时也不存在恶性转化，因此类器官培养可能为移植提供更安全的肝细胞来源。此外，肝类器官可以帮助药物研究人员确定各种用于治疗肝病的药物的毒理学、药理学和肝毒性。

在肝癌研究中利用实验室培养的类器官是确定癌症治疗效果的一种有效方法。新开发的治疗癌症的药物需要广泛的试验，以评估潜在的药物相关的肝毒性患者。

具体来说，从活的人类细胞中提取的3D组织类器官可以接种致癌性细胞来创建肝肿瘤类器官，以证明肝转移生长。然后，这个模型可以用来测试肝肿瘤细胞对新的和/或现有的抗癌疗法的反应。

成像设备/检测设备

共焦成像设备是必要的深入评价器官形态和行为。成像的器官结构需要一个系统，提供灵活的成像放大，照明和模式，同时也提高数据采集速度。

蜻蜓是Andor最新的高速多点共聚焦平台。这是一种多模态仪器，为标本评估提供了快速、实时可视化的卓越成像性能。模式包括共聚焦，宽视野，同时双色TIRFM，这有助于探索体外和体内标本生物学。该系统提供了更大的波长范围，改善了可视化的均匀性，并帮助研究人员简化了在实验室可视化有机物的工作流程。

此外，Dragonfly与Andor的Fusion软件结合使用，降低了复杂性，提高了系统的易用性。蜻蜓可以以400帧/秒的速度捕捉16位动态范围的共焦图像，并在一次捕获中同时实现低和高信号细节。

”Andor的“蜻蜓”系统在我们的工作中非常有用。它直接的软件加上它的速度使得数据采集非常快。与传统共聚焦显微镜的长采集时间相比，我们已经能够使用蜻蜓系统在几分钟内获得大型器官的图像，而没有任何分辨率损失。这样做的好处是，我们现在可以使用器官来理解三维的基本细胞过程，并使用计算工具来更好地理解这些结构中的细胞生物学。”
Dr Luke Boulter, Leverhulme Trust-Chancellor Fellow, MRC Human Genetics Unit, Institute of Genetics and Molecular Medicine, Edinburgh University