類器官，顧名思義類似于組織器官，指的是由干細胞經體外3D培養產生的“類似”器官樣、具有自我更新和組裝能力以及結構和功能與來源組織或器官高度相似的微型器官。自2009年腸道類器官成功“問世”以來，類器官培養技術取得了長足的進步，且逐步發展為生物醫學領域最具突破性的前沿技術之一。2017年，類器官技術被Nature Methods雜志評選為“年度方法” ； Science雜志將類器官技術評選為2018年度重大突破；2021年類器官被列入中國“十四五”重點研發計劃專項，其重要性得到進一步體現。類器官可來源于成體組織干細胞、胚胎干細胞或誘導多能干細胞。這些干細胞具有高度組織記憶和自我組裝能力，在體外3D培養環境中形成的類器官可高度還原體內器官的細胞構成和功能，并且在長期擴增的同時保持遺傳和表型穩定^[1]。這些特征很大程度上解決了傳統的原代細胞平面培養不能長期穩定擴增，缺乏細胞與細胞、細胞與基質之間的相互作用和通訊等缺點，而這些細胞間以及細胞和環境之間的信息交流和相互作用恰恰是建立、維持和調節細胞表型和功能的關鍵。此外，類器官在疾病模型構建方面的運用改善了常規動物模型構建費時費力以及種屬間生理和基因組的差異可能影響臨床結果評估的現狀。

早在2007年，荷蘭科學家Hans Clevers團隊通過譜系示蹤（lineage tracing）實驗發現小腸和結腸中Lgr5⁺ 干細胞，以此細胞為種子于2009年培養出微型腸道類器官，能夠很好地模擬體內小腸的形態結構和功能^[2]。受此啟發，研究者們根據不同細胞或組織來源的類器官進行不斷優化和改進其生長的培養體系，包括因子、生長因子以及小分子的種類、濃度、添加的順序等，從而特異性激活或者抑制不同類器官形成所依賴的特定信號通路。隨之而來的是其他消化系統器官上皮的類器官如雨后春筍般涌現，包括肝臟、膽囊、胰腺等。同樣的，其他系統上皮組織如乳腺、肺、前列腺、膀胱等成體組織中的干細胞也已成功被構建出相應的類器官^[3]。更為重要的是，各種腫瘤組織來源的類器官，包括結腸癌、膽管癌、肝癌、胃癌、肺癌、胰腺癌、腎癌、食管癌、宮頸癌、甲狀腺癌等類器官，已廣泛應用于腫瘤發病機制研究、藥物研發、精準醫療等領域^[4]。

迄今，類器官已在以下領域得到應用：① 傳染病研究。如利用腸道類器官模擬隱孢子蟲的體內感染^[5]；更為值得關注的是，我國科學家利用類器官研究新型冠狀病毒 SARS-CoV-2對人體的致病機制，為新冠肺炎致病機制研究和藥物開發提供了新模型^[6]。 ② 藥效評價研究。肝臟、腸道、腎臟等實體器官對藥物或環境改變較為敏感，易受到藥物毒性作用發生應激和損傷，這類組織來源的類器官可作為新藥臨床前毒性及安全性評價載體^[7-8]。③ 腫瘤研究及精準治療。利用類器官培養技術，可以快速從患者來源的腫瘤組織樣本中建立腫瘤類器官，用于測試腫瘤患者個體對放化療、靶向藥物、免疫細胞治療等的有效性，實現腫瘤精準個體化治療；腫瘤類器官樣本庫的建立有利于進行腫瘤分子學背景與腫瘤生物學行為（如臨床病理學特征、藥物反應或耐藥關系等）模式分析，促進腫瘤精準治療的發展^[9-11]。④ 再生醫學。類器官自誕生之初就與再生醫學聯系到了一起，將類器官應用于再生及器官移植領域的嘗試從未間斷，如移植腸道及肝臟類器官分別用以治療小鼠結腸炎、短腸綜合征以及肝細胞和膽管損傷^[12-14]。盡管目前類器官僅限于原位或異位移植到小鼠、大鼠或雞胚上，其良好的治療效果使其在再生醫學中的應用備受期待。⑤ 個體發育及疾病模型構建。多器官復雜類器官系統的建立，如肝-膽-胰3種器官的類器官，模擬了早期器官發育的各種事件，包括不同器官的內陷、分支和交流等，為研究人類中胚層器官早期發育機制提供了非常好的系統^[15]；此外，由于2D培養模型的局限性，具有原發性細胞組織形態、基因型、代謝功能甚至免疫功能的類器官模型被開發出來，用來研究各種疾病發生的病因及分子機制，例如肝臟的威爾遜癥、α-1-抗胰蛋白酶缺乏癥、酸性脂酶缺乏癥、囊性纖維化等疾病。

類器官因其極具前瞻性、精準性以及高效性，在生物醫學領域具有廣泛的應用前景，但仍面臨諸多挑戰：體外類器官培養體系缺乏一些重要的生理過程，包括血管化和神經支配，極大降低了類器官對體內真實環境的還原程度以及真實性；不同組織類器官體外培養的成功率差異顯著，腸道、胰腺及膽管等類器官培養成功率較高；且即使同一組織類器官，在培養過程中，類器官的尺寸、形態等方面存在較大的不確定性；類器官培養體系中所包含的細胞類型還是比較少，尤其是缺乏免疫細胞等； 缺乏類器官的標準體系，包括類器官技術標準化及人源類器官培育規模化。盡管如此，隨著體外培養技術的日臻完善及各種組織類器官的構建，類器官強勢的發展勢頭仍使其成為生物醫學領域的絕對熱點之一，占領這個“新高地”必將為疾病機制的探究、個體化治療、藥物開發及再生醫學提供強有力的幫助。

重要聲明

利益沖突聲明：本研究中的全體作者閱讀并理解了《中國普外基礎與臨床雜志》的政策聲明，我們沒有相互競爭的利益。

作者貢獻聲明：周永杰負責資料整理與論文初稿撰寫；石毓君負責選題指導與論文修改。

類器官，顧名思義類似于組織器官，指的是由干細胞經體外3D培養產生的“類似”器官樣、具有自我更新和組裝能力以及結構和功能與來源組織或器官高度相似的微型器官。自2009年腸道類器官成功“問世”以來，類器官培養技術取得了長足的進步，且逐步發展為生物醫學領域最具突破性的前沿技術之一。2017年，類器官技術被Nature Methods雜志評選為“年度方法” ； Science雜志將類器官技術評選為2018年度重大突破；2021年類器官被列入中國“十四五”重點研發計劃專項，其重要性得到進一步體現。類器官可來源于成體組織干細胞、胚胎干細胞或誘導多能干細胞。這些干細胞具有高度組織記憶和自我組裝能力，在體外3D培養環境中形成的類器官可高度還原體內器官的細胞構成和功能，并且在長期擴增的同時保持遺傳和表型穩定^[1]。這些特征很大程度上解決了傳統的原代細胞平面培養不能長期穩定擴增，缺乏細胞與細胞、細胞與基質之間的相互作用和通訊等缺點，而這些細胞間以及細胞和環境之間的信息交流和相互作用恰恰是建立、維持和調節細胞表型和功能的關鍵。此外，類器官在疾病模型構建方面的運用改善了常規動物模型構建費時費力以及種屬間生理和基因組的差異可能影響臨床結果評估的現狀。

早在2007年，荷蘭科學家Hans Clevers團隊通過譜系示蹤（lineage tracing）實驗發現小腸和結腸中Lgr5⁺ 干細胞，以此細胞為種子于2009年培養出微型腸道類器官，能夠很好地模擬體內小腸的形態結構和功能^[2]。受此啟發，研究者們根據不同細胞或組織來源的類器官進行不斷優化和改進其生長的培養體系，包括因子、生長因子以及小分子的種類、濃度、添加的順序等，從而特異性激活或者抑制不同類器官形成所依賴的特定信號通路。隨之而來的是其他消化系統器官上皮的類器官如雨后春筍般涌現，包括肝臟、膽囊、胰腺等。同樣的，其他系統上皮組織如乳腺、肺、前列腺、膀胱等成體組織中的干細胞也已成功被構建出相應的類器官^[3]。更為重要的是，各種腫瘤組織來源的類器官，包括結腸癌、膽管癌、肝癌、胃癌、肺癌、胰腺癌、腎癌、食管癌、宮頸癌、甲狀腺癌等類器官，已廣泛應用于腫瘤發病機制研究、藥物研發、精準醫療等領域^[4]。

迄今，類器官已在以下領域得到應用：① 傳染病研究。如利用腸道類器官模擬隱孢子蟲的體內感染^[5]；更為值得關注的是，我國科學家利用類器官研究新型冠狀病毒 SARS-CoV-2對人體的致病機制，為新冠肺炎致病機制研究和藥物開發提供了新模型^[6]。 ② 藥效評價研究。肝臟、腸道、腎臟等實體器官對藥物或環境改變較為敏感，易受到藥物毒性作用發生應激和損傷，這類組織來源的類器官可作為新藥臨床前毒性及安全性評價載體^[7-8]。③ 腫瘤研究及精準治療。利用類器官培養技術，可以快速從患者來源的腫瘤組織樣本中建立腫瘤類器官，用于測試腫瘤患者個體對放化療、靶向藥物、免疫細胞治療等的有效性，實現腫瘤精準個體化治療；腫瘤類器官樣本庫的建立有利于進行腫瘤分子學背景與腫瘤生物學行為（如臨床病理學特征、藥物反應或耐藥關系等）模式分析，促進腫瘤精準治療的發展^[9-11]。④ 再生醫學。類器官自誕生之初就與再生醫學聯系到了一起，將類器官應用于再生及器官移植領域的嘗試從未間斷，如移植腸道及肝臟類器官分別用以治療小鼠結腸炎、短腸綜合征以及肝細胞和膽管損傷^[12-14]。盡管目前類器官僅限于原位或異位移植到小鼠、大鼠或雞胚上，其良好的治療效果使其在再生醫學中的應用備受期待。⑤ 個體發育及疾病模型構建。多器官復雜類器官系統的建立，如肝-膽-胰3種器官的類器官，模擬了早期器官發育的各種事件，包括不同器官的內陷、分支和交流等，為研究人類中胚層器官早期發育機制提供了非常好的系統^[15]；此外，由于2D培養模型的局限性，具有原發性細胞組織形態、基因型、代謝功能甚至免疫功能的類器官模型被開發出來，用來研究各種疾病發生的病因及分子機制，例如肝臟的威爾遜癥、α-1-抗胰蛋白酶缺乏癥、酸性脂酶缺乏癥、囊性纖維化等疾病。

類器官因其極具前瞻性、精準性以及高效性，在生物醫學領域具有廣泛的應用前景，但仍面臨諸多挑戰：體外類器官培養體系缺乏一些重要的生理過程，包括血管化和神經支配，極大降低了類器官對體內真實環境的還原程度以及真實性；不同組織類器官體外培養的成功率差異顯著，腸道、胰腺及膽管等類器官培養成功率較高；且即使同一組織類器官，在培養過程中，類器官的尺寸、形態等方面存在較大的不確定性；類器官培養體系中所包含的細胞類型還是比較少，尤其是缺乏免疫細胞等； 缺乏類器官的標準體系，包括類器官技術標準化及人源類器官培育規模化。盡管如此，隨著體外培養技術的日臻完善及各種組織類器官的構建，類器官強勢的發展勢頭仍使其成為生物醫學領域的絕對熱點之一，占領這個“新高地”必將為疾病機制的探究、個體化治療、藥物開發及再生醫學提供強有力的幫助。

重要聲明

利益沖突聲明：本研究中的全體作者閱讀并理解了《中國普外基礎與臨床雜志》的政策聲明，我們沒有相互競爭的利益。

作者貢獻聲明：周永杰負責資料整理與論文初稿撰寫；石毓君負責選題指導與論文修改。