2024年11月6日，上海大學(xué)蘇佳燦教授、劉晗教授、魏彥副研究員和西安交通大學(xué)宏輝醫(yī)院周鳳金醫(yī)生在Journal of Nanobiotechnology期刊發(fā)表標(biāo)題為“Organoids and organoid extracellular vesicles-based disease treatment strategies”的綜述論文，該研究主要對(duì)類器官和類器官外泌體（OEVs）在疾病治療中的基礎(chǔ)生物學(xué)原理及其應(yīng)用進(jìn)行了綜述，并探討了OEVs與傳統(tǒng)外泌體（EVs）之間的差異。研究還介紹了OEVs的工程化修飾方法，并批判性地總結(jié)了類器官和OEVs的優(yōu)勢和挑戰(zhàn)。研究認(rèn)為，深入理解類器官和OEVs將為復(fù)雜疾病提供創(chuàng)新解決方案。

文章摘要

類器官是在體外3D培養(yǎng)條件下，由干細(xì)胞自我組織和分化形成的“迷你器官”，能夠模擬體內(nèi)組織的空間結(jié)構(gòu)和功能。細(xì)胞外囊泡（EVs）是由活細(xì)胞分泌的納米級(jí)磷脂雙層囊泡，富含生物活性分子，具有優(yōu)異的生物相容性和低免疫原性。與細(xì)胞外囊泡（EVs）相比，類器官衍生的細(xì)胞外囊泡（OEVs）具有更高的產(chǎn)量和更強(qiáng)的生物學(xué)功能。類器官具有干細(xì)胞特性，而類器官衍生的細(xì)胞外囊泡（OEVs）能夠傳遞活性物質(zhì)，這使得二者在醫(yī)學(xué)應(yīng)用中極具潛力。在這篇綜述中，文章概述了類器官和類器官衍生的細(xì)胞外囊泡（OEVs）的基本生物學(xué)原理，并討論了它們目前在疾病治療中的應(yīng)用。然后，文章重點(diǎn)闡述了類器官衍生的細(xì)胞外囊泡（OEVs）與傳統(tǒng)細(xì)胞外囊泡（EVs）之間的差異。隨后，文章介紹了對(duì)類器官衍生的細(xì)胞外囊泡（OEVs）進(jìn)行工程改造的方法。最后，文章批判性地總結(jié)了類器官和類器官衍生的細(xì)胞外囊泡（OEVs）的優(yōu)勢與挑戰(zhàn)?？傊?，文章認(rèn)為，對(duì)類器官和類器官衍生的細(xì)胞外囊泡（OEVs）更深入的理解將為復(fù)雜疾病提供創(chuàng)新性的解決方案。

一、類器官：

類器官，堪稱體外培養(yǎng)出的“迷你器官” ，它是干細(xì)胞在三維培養(yǎng)環(huán)境下，經(jīng)自我組織與分化形成的產(chǎn)物。憑借這一特性，類器官能夠高度模擬體內(nèi)組織的結(jié)構(gòu)與功能，成功填補(bǔ)了二維經(jīng)典細(xì)胞系與傳統(tǒng)動(dòng)物模型之間的空白。

從來源上看，類器官可源自胚胎干細(xì)胞（ESCs）、誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPSCs）以及成人干細(xì)胞（ASCs）。其中，成人干細(xì)胞來源廣泛、獲取便捷，但因其分化潛力有限，培育出的類器官生理功能較為單一；而誘導(dǎo)多能干細(xì)胞和胚胎干細(xì)胞則具備強(qiáng)大的分化潛能，能分化成多種細(xì)胞類型，使得相應(yīng)類器官的空間結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜、功能更加多樣，在基礎(chǔ)研究與藥物篩選中優(yōu)勢盡顯。

圖1. 類器官和OEVs的應(yīng)用示意圖。類器官和OEVs可以通過口服給藥、移植、注射和遞送生物活性物質(zhì)來治療。

二、類器官：

在疾病治療的戰(zhàn)場上，類器官已初露鋒芒。

在骨缺損治療領(lǐng)域（圖2A），科研人員積極探索。Wang等人設(shè)計(jì)的新型生物墨水，通過生物打印技術(shù)模擬骨組織結(jié)構(gòu)，其構(gòu)建的水凝膠利于骨母細(xì)胞礦化，在體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)中均展現(xiàn)出良好的促進(jìn)骨生成效果；浙江大學(xué)歐陽教授團(tuán)隊(duì)開發(fā)的骨痂類器官，借助數(shù)字光處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了快速原位骨再生，為解決骨愈合難題帶來新方向 。

對(duì)于炎癥性腸?。↖BD）（圖2B） ，ShiroYui等人利用腸隱窩Lgr5干細(xì)胞構(gòu)建結(jié)腸類器官，移植到IBD小鼠病變區(qū)后，病情得到緩解；東京醫(yī)科齒科大學(xué)更是開展了世界首例腸道類器官治療IBD臨床試驗(yàn)，為眾多患者帶來曙光。

在神經(jīng)修復(fù)方面（圖2C） ，腦類器官的應(yīng)用為創(chuàng)傷性腦損傷治療提供了新思路。將前腦類器官移植到成年大鼠受損視覺皮層后，移植的類器官與宿主大腦皮層實(shí)現(xiàn)顯著整合，并產(chǎn)生強(qiáng)烈的自發(fā)神經(jīng)活動(dòng) 。

在膽道疾病治療中（圖2D），Sampaziotis等人的研究表明，膽管細(xì)胞類器官具有高度可塑性，移植后能為肝臟和膽道損傷修復(fù)提供健康細(xì)胞，有效延長患病小鼠生存期。

圖2. 不同類器官在疾病治療中的應(yīng)用。

三、類器官細(xì)胞外囊泡（OEVs）：

OEVs作為類器官分泌的外泌體，在細(xì)胞間信息交換和物質(zhì)運(yùn)輸中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。它富含蛋白質(zhì)、RNA、DNA等生物活性物質(zhì)，可調(diào)控靶細(xì)胞的基因表達(dá)和功能。

類器官與傳統(tǒng)細(xì)胞培養(yǎng)存在顯著區(qū)別，類器官呈現(xiàn)三維結(jié)構(gòu)，而傳統(tǒng)細(xì)胞培養(yǎng)為二維模式。在三維環(huán)境里，細(xì)胞展現(xiàn)出比二維環(huán)境更為復(fù)雜的細(xì)胞間通信，這種通信復(fù)雜性的提升進(jìn)而促使EVs也更具復(fù)雜性。

與傳統(tǒng)細(xì)胞外囊泡相比，OEVs具有獨(dú)特優(yōu)勢。由于類器官的三維結(jié)構(gòu)和復(fù)雜細(xì)胞類型，OEVs的復(fù)雜性更高，更能模擬體內(nèi)復(fù)雜的細(xì)胞相互作用和環(huán)境條件，產(chǎn)量和生物學(xué)功能也更勝一籌。

在分離OEVs時(shí)，由于類器官培養(yǎng)條件復(fù)雜，常需借助三維支架，這給分離工作帶來挑戰(zhàn)。目前常用差速離心、密度梯度離心等方法，且為保證分離效果，需采用去EVs的血清等措施。

圖3. OEVs的生物發(fā)生、結(jié)構(gòu)、組成和內(nèi)化。

  四、OEVs的應(yīng)用

在免疫調(diào)節(jié)方面，腸道類器官分泌的OEVs能顯著減少LPS誘導(dǎo)的炎性因子產(chǎn)生，其中多種微RNA尤其是Let7發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

在唾液腺OEVs用于上皮修復(fù)的研究中，F(xiàn)erreira等人構(gòu)建的功能性唾液腺類器官分泌的OEVs，在上皮損傷模型測試中展現(xiàn)出優(yōu)異的修復(fù)能力，治療效果甚至超過直接移植類器官 。

對(duì)于視網(wǎng)膜退化疾病，視網(wǎng)膜類器官OEVs同樣表現(xiàn)出色。相關(guān)研究表明，其能調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝，促進(jìn)視覺功能恢復(fù)，在治療視網(wǎng)膜退行性疾病中具有關(guān)鍵介導(dǎo)作用。

表皮類器官OEVs在促進(jìn)上皮損傷修復(fù)方面也成績斐然。研究發(fā)現(xiàn)，三維培養(yǎng)下表皮類器官分泌的EVs能有效刺激血管生成，加速小鼠皮膚創(chuàng)傷愈合。

圖4：不同來源OEVs在疾病治療中的應(yīng)用A.由腸道類器官分泌的OEVs表現(xiàn)出抗炎作用。B. 由唾液腺類器官分泌的OEVs促進(jìn)上皮創(chuàng)傷愈合。C. 來源于視網(wǎng)膜類器官的Müller膠質(zhì)細(xì)胞通過分泌OEVs治療視網(wǎng)膜疾病。D. 來源于視網(wǎng)膜類器官的OEVs調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝以治療視網(wǎng)膜疾病。

五、總結(jié)

類器官和 OEVs 不僅是生物醫(yī)學(xué)研究的先進(jìn)模型，更具有巨大的治療潛力，為各類疾病的治療提供了新穎的策略和見解。然而，在實(shí)現(xiàn)商業(yè)化之前，其生產(chǎn)過程仍需進(jìn)一步優(yōu)化。未來，研究應(yīng)聚焦于改進(jìn)類器官培養(yǎng)技術(shù)，增強(qiáng)功能多樣性，采用創(chuàng)新方法構(gòu)建能滿足臨床移植和治療需求的功能整合類器官。同時(shí)，多樣化類器官構(gòu)建方法，深入探索其生長和發(fā)育機(jī)制，這將有助于深化對(duì)人體組織和器官發(fā)育的理解，為藥物篩選和個(gè)性化醫(yī)療提供理想模型。通過拓展類器官技術(shù)的應(yīng)用，可加速藥物研發(fā)進(jìn)程，提升治療效果。類器官技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步也將推動(dòng) OEVs 的發(fā)展，提高其產(chǎn)量和質(zhì)量，增強(qiáng)生理功能，進(jìn)一步拓寬在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。希望本研究能凸顯這些前沿技術(shù)的巨大潛力，激勵(lì)更多科研人員在該領(lǐng)域開展深入研究與探索。

澤匯生物專注于生命科學(xué)領(lǐng)域，，打造了全面且極具價(jià)值的類器官和外泌體整體解決方案。

澤匯生物的類器官研究方案，從樣本初步處理制備單細(xì)胞懸液。培養(yǎng)階段，模擬體內(nèi)真實(shí)環(huán)境，綜合物理、化學(xué)和生物因素，打造適宜微環(huán)境，構(gòu)建高度仿生的模型。培養(yǎng)全程嚴(yán)格把控條件，維持環(huán)境穩(wěn)定，還借助多種先進(jìn)手段，從細(xì)胞形態(tài)、生理功能、代謝活動(dòng)等多維度全面監(jiān)測、深入研究類器官。

在外泌體研究領(lǐng)域，從外泌體的提取環(huán)節(jié)入手，運(yùn)用先進(jìn)的技術(shù)手段，確保從各種生物樣本中高效、分離外泌體，同時(shí)保證外泌體的純度、產(chǎn)量和生物活性，解決了外泌體研究中關(guān)鍵的富集和純化難題。對(duì)外泌體的分析鑒定，采用前沿的技術(shù)方法，全面獲取外泌體的各項(xiàng)特征參數(shù)。