精彩推薦》》》《器官芯片技術(shù)研究進(jìn)展及產(chǎn)業(yè)鏈 調(diào)研報(bào)告2023年版》

【1】新型人脂肪肝類器官，可用于CRISPR篩選

2023年2月23日，Hans Clevers 團(tuán)隊(duì)在 Nature Biotechnology 期刊發(fā)表了題為：Engineered human hepatocyte organoids enable CRISPR-based target discovery and drug screening for steatosis 的研究論文。

該研究建立了新的人類脂肪肝類器官模型，并使用這些類器官模型來(lái)闡明藥物反應(yīng)，還建立了一個(gè)基于該類器官的CRISPR篩選平臺(tái)，并成功篩選到了治療脂肪肝的潛在新靶點(diǎn)——FADS2基因。這些類器官模型及篩選平臺(tái)將有助于測(cè)試和開發(fā)治療脂肪肝的新藥物，并有助于更好地了解疾病生物學(xué)。

這項(xiàng)研究中，研究團(tuán)隊(duì)建立了三種類器官模型來(lái)捕捉脂肪肝發(fā)展的不同觸發(fā)因素。首先，他們用脂肪酸混合物來(lái)模擬西式飲食，并見證了脂肪肝類器官的快速發(fā)展。然后，研究團(tuán)隊(duì)使用了先導(dǎo)編輯（Prime Editing）將脂肪肝的最高風(fēng)險(xiǎn)基因突變（PNPLA3 I148M）引入類器官系統(tǒng)，具有這種突變的類器官比沒有這種突變的類器官顯示出更嚴(yán)重的脂肪積累。最后，研究團(tuán)隊(duì)使用CRISPR-Cas9模擬了遺傳脂質(zhì)疾病，以研究這些疾病如何影響脂肪肝的發(fā)展，由于糖源性脂肪的積累，這些突變的類器官自發(fā)地發(fā)展成嚴(yán)重的脂肪肝。

然后，研究團(tuán)隊(duì)在新開發(fā)的類器官模型上篩選了大量治療脂肪肝的候選藥物。有趣的是，研究他的觀察到不同的脂肪肝類器官模型對(duì)藥物的反應(yīng)非常相似。因此，他們能夠識(shí)別出在所有模型中都有效的藥物。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，這些有效的藥物通過(guò)一個(gè)共同的機(jī)制起作用，即阻止糖生成脂類。研究他的還觀察到，具有脂肪肝最高風(fēng)險(xiǎn)突變的類器官與沒有突變的類器官對(duì)所有藥物的反應(yīng)方式不同，這表明類器官可以作為個(gè)性化醫(yī)療的工具。

研究團(tuán)隊(duì)繼續(xù)使用類器官模型建立了一個(gè)遺傳篩選平臺(tái)，以確定在脂肪肝疾病中起作用的新基因。研究他的將他們的類器官開發(fā)了一個(gè)名為FatTracer的CRISPR篩選平臺(tái)。他們使用這個(gè)平臺(tái)來(lái)研究特定基因的缺失對(duì)脂肪肝表型的影響，這可以在20天內(nèi)實(shí)時(shí)可視化。

使用這一FatTracer篩選平臺(tái)，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)35個(gè)脂質(zhì)代謝和/或NAFLD有關(guān)的候選基因進(jìn)行了篩選，發(fā)現(xiàn)FADS2基因（表達(dá)脂肪酸去飽和酶2）是一個(gè)新的與脂肪肝疾病相關(guān)的關(guān)鍵基因，F(xiàn)ADS2基因的缺失使得類器官的脂肪含量大大增加。

【2】肺癌類器官預(yù)測(cè)臨床療效總準(zhǔn)確率高達(dá)83.3%

2023-02-27報(bào)道，近日，廣東省肺癌研究所的研究人員及其合作者在Cell子刊Cell Reports Medicine發(fā)表了題為“Using patient-derived organoids to predict locally advanced or metastatic lung cancer tumor response: A real-world study”的論文。該研究使用患者來(lái)源的類器官來(lái)預(yù)測(cè)局部晚期或轉(zhuǎn)移性肺癌的腫瘤療效，這也是目前全球范圍內(nèi)已公開發(fā)表的最大的肺癌類器官研究隊(duì)列。

在這項(xiàng)研究中，研究人員從107名晚期癌癥患者中生成了214個(gè)癌癥類器官，總成功率為75.7%（162/214），其中212個(gè)是肺癌類器官（LCO），主要來(lái)源于惡性漿液性滲出液（MSE）。另外，研究人員還在真實(shí)世界研究中進(jìn)行了針對(duì)化療和靶向治療的肺癌類器官藥物敏感性測(cè)試（LCO-DST），用于預(yù)測(cè)相應(yīng)治療的臨床反應(yīng)。 為了驗(yàn)證惡性漿液性滲出液和惡性漿液性滲出液來(lái)源的肺癌類器官之間基因組圖譜的一致性，研究人員對(duì)25名患者進(jìn)行了二代測(cè)序，并對(duì)積液和肺癌類器官樣本進(jìn)行了體細(xì)胞突變分析，如下圖所示。這些數(shù)據(jù)顯示肺癌類器官樣本的變異敏感性為70.5%（93/132），陽(yáng)性預(yù)測(cè)值為69.4%（93/134）。

綜上所述，藥物敏感性與臨床反應(yīng)的總體一致性可達(dá)83.33%，LCO-DST在預(yù)測(cè)晚期癌癥治療反應(yīng)中有極高的準(zhǔn)確性，其在精確醫(yī)學(xué)中具有巨大的潛力，后續(xù)可進(jìn)行大規(guī)模臨床試驗(yàn)，確定不同類型療法的精確截止值。這表明腫瘤類器官藥物敏感性測(cè)試是治療晚期肺癌的一種有前景的精準(zhǔn)醫(yī)療工具。

【3】Nat Biotechnol：構(gòu)建出研究脂肪肝的類器官模型

2023-03-03報(bào)道，在一項(xiàng)新的研究中，來(lái)自荷蘭烏得勒支大學(xué)和馬克西瑪王后兒童腫瘤中心等研究機(jī)構(gòu)的研究人員構(gòu)建出新型的人類脂肪肝類器官模型。他們利用這些模型來(lái)闡明藥物反應(yīng)，并建立了一個(gè)CRISPR篩選平臺(tái)來(lái)識(shí)別新型疾病介質(zhì)和潛在的治療靶標(biāo)。這些模型將有助于測(cè)試和開發(fā)治療脂肪肝的新型藥物，并有助于促進(jìn)對(duì)疾病生物學(xué)的更好理解。相關(guān)研究結(jié)果于2023年2月23日在線發(fā)表在Nature Biotechnology期刊上，論文標(biāo)題為“Engineered human hepatocyte organoids enable CRISPR-based target discovery and drug screening for steatosis”。

脂肪在肝臟中的堆積是一種在世界范圍內(nèi)越來(lái)越常見的疾病，全世界有超過(guò)四分之一的人口受到影響?；加兄靖螘?huì)導(dǎo)致炎癥，損害肝功能，并最終導(dǎo)致瘢痕組織的形成。不同的原因會(huì)導(dǎo)致脂肪肝的發(fā)展，其中飲食和生活方式是最常見的促成因素。此外，遺傳學(xué)也可以發(fā)揮重要作用。例如，遺傳性脂質(zhì)代謝紊亂使患者更有可能患上脂肪肝，而一些突變則提高了患此病的風(fēng)險(xiǎn)。

【4】類器官重大進(jìn)展！Cell子刊：復(fù)旦大學(xué)科學(xué)家成功建立首個(gè)具有功能性突觸的耳蝸類器官，再現(xiàn)聽覺單元早期發(fā)育！

2023-02-06報(bào)道，近日，來(lái)自復(fù)旦大學(xué)醫(yī)學(xué)神經(jīng)生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的夏明宇等科學(xué)家首次通過(guò)分期3D共培養(yǎng)系統(tǒng)建立了具有功能外周聽覺環(huán)路的耳蝸類器官，并通過(guò)一系列形態(tài)學(xué)和電生理學(xué)檢測(cè)，證實(shí)了類器官內(nèi)細(xì)胞和突觸的功能，為感音神經(jīng)性耳聾的研究提供了復(fù)合類器官研究平臺(tái)。該研究題為“Generation of innervated cochlear organoid recapitulates early development of auditory unit”，發(fā)表在《Stem Cell Reports》雜志。

DOI:https://doi.org/10.1016/j.stemcr.2022.11.024

本研究開發(fā)了一種通過(guò)及時(shí)調(diào)節(jié)與耳蝸發(fā)育相關(guān)的多種信號(hào)通路來(lái)建立功能性耳蝸神經(jīng)支配類器官的方案。此類器官模型可用于破譯CPCs增殖背后的機(jī)制，作為篩選耳蝸中藥物或遺傳載體的工具來(lái)造福聽障患者。

【5】Nat Biotechnol：重磅！科學(xué)家開發(fā)出全球首個(gè)具有免疫系統(tǒng)的類器官！

2023-02-10報(bào)道，近日，一篇發(fā)表在國(guó)際雜志Nature Biotechnology上題為“In vivo development of immune tissue in human intestinal organoids transplanted into humanized mice”的研究報(bào)告中，來(lái)自辛辛那提兒童醫(yī)院等機(jī)構(gòu)的科學(xué)家們通過(guò)研究構(gòu)建了一種較好的模型來(lái)幫助研究人類胃腸道疾病，文章中，研究人員成功開發(fā)出了一種新一代復(fù)雜的腸道類器官，其包括功能性免疫系統(tǒng)的關(guān)鍵元件，這是迄今為止科學(xué)家們開發(fā)出的首個(gè)包含功能性免疫系統(tǒng)的任何類型（心臟、肝臟、胃等）的體內(nèi)類器官。

醫(yī)學(xué)博士Michael Helmrath說(shuō)道，這種類器官不僅能支持遷移的免疫組織（而不是排斥它），而且這些免疫細(xì)胞和結(jié)構(gòu)也能繼續(xù)改善腸道自身的發(fā)育，尤其是具有識(shí)別外來(lái)抗原的能力。這項(xiàng)研究基于此前2011年研究人員開展的研究，此前他們開發(fā)出了腸道類器官，而該研究團(tuán)隊(duì)也是世界上首個(gè)利用誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPSCs）產(chǎn)生功能性腸道類器官的團(tuán)隊(duì)。研究者表示，當(dāng)在培養(yǎng)皿中生長(zhǎng)28天后，這種微小的類器官球體就會(huì)達(dá)到幾毫米大小，隨后就來(lái)到了下一個(gè)關(guān)鍵步驟，研究者將類器官移植到免疫抑制的小鼠體內(nèi)來(lái)避免人體組織的排斥反應(yīng)。

原文：doi：10.1038/s41587-022-01558-x

【6】首次證實(shí)，人腦類器官植入小鼠大腦后可建立功能連接，并對(duì)外部刺激做出反應(yīng)

2023-01-06報(bào)道，近日，美國(guó)加州大學(xué)圣地亞哥分校的研究人員在 Nature Communications 期刊發(fā)表了題為：Multimodal monitoring of human cortical organoids implanted in mice reveal functional connection with visual cortex 的研究論文。 該研究首次證明，植入小鼠體內(nèi)的人腦類器官與小鼠大腦皮層建立了功能連接，并對(duì)外部感覺刺激做出了反應(yīng)。植入的人腦類器官對(duì)視覺刺激的反應(yīng)與周圍組織一樣，研究人員能夠在幾個(gè)月的時(shí)間里實(shí)時(shí)觀察到這一點(diǎn)，而這歸功于一種結(jié)合了透明石墨烯微電極陣列和雙光子成像的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)裝置。

這項(xiàng)研究將透明石墨烯制成的微電極陣列和雙光子成像技術(shù)相結(jié)合，從而能夠在宏觀和單細(xì)胞水平記錄和成像神經(jīng)元活動(dòng)。這項(xiàng)技術(shù)表明，由iPSC生成的人大腦皮質(zhì)類器官在植入小鼠大腦后能與周圍的宿主皮層組織建立突觸連接，并接受了來(lái)自小鼠大腦的視覺刺激輸入，產(chǎn)生相應(yīng)的電生理反應(yīng)。 這種創(chuàng)新的神經(jīng)記錄技術(shù)將為研究大腦類器官創(chuàng)造了一個(gè)獨(dú)特的平臺(tái)，為研究人類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)層面的功能障礙，并研究將大腦皮質(zhì)類器官作為神經(jīng)修復(fù)物來(lái)恢復(fù)功能缺失、退化或受損的大腦區(qū)域的功能提供了前所未有的機(jī)會(huì)。

【7】CRISPR+類器官，林德晨團(tuán)隊(duì)揭示胃食管癌發(fā)生發(fā)展機(jī)制，并發(fā)現(xiàn)潛在藥物

2022-12-05報(bào)道，近日，南加州大學(xué)林德晨團(tuán)隊(duì)與約翰·霍普金斯大學(xué)醫(yī)學(xué)院Stephen Meltzer團(tuán)隊(duì)合作，在 Science 子刊 Science Translational Medicine 上發(fā)表了題為：Generation and multiomic profiling of a TP53/CDKN2A double-knockout gastroesophageal junction organoid model 的研究論文。

這項(xiàng)研究不僅有助于識(shí)別GEJ腫瘤生長(zhǎng)過(guò)程中發(fā)生的關(guān)鍵變化，還為未來(lái)的研究建立了策略，以幫助理解其他器官的腫瘤。

TP53和CDKN2A是兩種重要的抑癌基因，這兩種基因的失活會(huì)在GEJ腫瘤發(fā)生的早期會(huì)出現(xiàn)，但由于缺少GEJ特異性疾病模型，TP53和CDKN2A失活在GEJ中的促癌后果尚未被表征。

【8】首次解析！Cell: 斯坦福科學(xué)家利用類器官精準(zhǔn)定位新冠病毒進(jìn)出鼻腔細(xì)胞的途徑

2023-01-16報(bào)道，2023年1月5日，來(lái)自斯坦福大學(xué)的科研團(tuán)隊(duì)在著名期刊Cell雜志在線發(fā)表了一篇名為《SARS-CoV-2 replication in airway epithelia requires motile cilia and microvillar reprogramming》的研究文章，這項(xiàng)研究首次詳細(xì)闡述了新冠病毒感染呼吸道上皮細(xì)胞的分子機(jī)制，研究人員發(fā)現(xiàn)病毒通過(guò)ACE2受體附著在上皮細(xì)胞的纖毛上，并且使用纖毛作為進(jìn)入細(xì)胞的通道。

總的來(lái)說(shuō)，作者發(fā)現(xiàn)新冠病毒會(huì)首先感染呼吸道纖毛細(xì)胞，如果移除纖毛，則可阻止新冠病毒和其他呼吸道病毒的感染，同時(shí)，侵入的病毒會(huì)激活細(xì)胞中激酶來(lái)促進(jìn)細(xì)胞骨架的形成，通過(guò)高度延伸的微絨毛結(jié)構(gòu)將新生成的病毒送到黏液層，從而提高了病毒的傳播能力。 事實(shí)上，并不是只有新冠病毒會(huì)通過(guò)這種方式進(jìn)行傳播，其他呼吸道病毒也可能通過(guò)同樣的方式突破免疫屏障，就新冠病毒本身而言，大體來(lái)說(shuō)，抗新冠病毒的藥物可以歸納為兩大類，一是阻止病毒和宿主細(xì)胞結(jié)合，二是阻止新病毒在宿主細(xì)胞內(nèi)的產(chǎn)生，但是本項(xiàng)研究提出了一個(gè)新的預(yù)防性策略，那就是使用鼻噴劑或者其他預(yù)防性的短期藥物來(lái)延遲病毒的進(jìn)入、退出或傳播，而這將有助于免疫系統(tǒng)及時(shí)趕上和到達(dá)，以阻止全面的感染發(fā)生。

【9】《自然》子刊：突破性進(jìn)展！復(fù)旦團(tuán)隊(duì)首次將星形膠質(zhì)細(xì)胞重編程成脊髓類器官，并修復(fù)脊髓損傷

2022-12-26報(bào)道，近日，來(lái)自復(fù)旦大學(xué)的邵志成團(tuán)隊(duì)在《自然·生物醫(yī)學(xué)工程》雜志發(fā)表重磅研究成果，他們開發(fā)了將星形膠質(zhì)細(xì)胞誘導(dǎo)成為神經(jīng)類器官的方法（稱為Op53-CSBRY），即在人星形膠質(zhì)細(xì)胞中過(guò)表達(dá)OCT4（O）、抑制p53，以及添加小分子化合物CHIR99021（C）、SB431542（SB）、RepSox（R）和Y27632（Y）[8]。

更為重要的是，通過(guò)Op53-CSBRY方法生成的類器官，在添加bFGF、SAG和BMP激活脊髓發(fā)育相關(guān)信號(hào)通路后，可形成具有脊髓背側(cè)和腹側(cè)神經(jīng)元功能的脊髓類器官。在將脊髓類器官移植給脊髓損傷的小鼠后，類器官可存活并分化為脊髓神經(jīng)元，并與宿主神經(jīng)元形成突觸，改善小鼠的運(yùn)動(dòng)功能。 該研究使得人星形膠質(zhì)細(xì)胞在體內(nèi)直接重編程為神經(jīng)類器官，以修復(fù)神經(jīng)系統(tǒng)損傷的設(shè)想往前邁出了一大步。

【10】喬治·丘奇創(chuàng)造首個(gè)人類卵巢類器官，可支持卵子成熟，為治療不孕癥/卵巢癌等生殖系統(tǒng)疾病開辟新道路

2023-02-24報(bào)道，2023年2月21日，哈佛大學(xué)喬治·丘奇（George Church）團(tuán)隊(duì)在 eLife 期刊發(fā)表了題為：Directed differentiation of human iPSCs to functional ovarian granulosa-like cells via transcription factor overexpression 的研究論文。 該研究將人類iPSC細(xì)胞定向分化為有功能的、全人源卵巢類器官，能夠支持卵細(xì)胞成熟、發(fā)育卵泡并分泌性激素。這一卵巢類器官無(wú)需從患者體內(nèi)獲取卵巢組織的情況下用于研究人類卵巢生物學(xué)，以及開發(fā)治療不孕癥、卵巢癌等疾病的新療法。 據(jù)悉，該技術(shù)已經(jīng)授權(quán)給了一家名為 Gameto 的生物技術(shù)公司，該公司正在使用這一卵巢類器官技術(shù)開發(fā)治療女性生殖系統(tǒng)疾病的新療法。

目前，喬治·丘奇實(shí)驗(yàn)室正在繼續(xù)開發(fā)人類卵巢類器官模型，并計(jì)劃整合其他卵巢細(xì)胞類型，包括產(chǎn)生激素的膜細(xì)胞，以更全面地復(fù)制人類卵巢的復(fù)雜功能。他們還希望改進(jìn)培養(yǎng)系統(tǒng)，讓生殖細(xì)胞能夠在其中完全發(fā)育成卵子，以及確定不同轉(zhuǎn)錄因子所需的最佳表達(dá)量。與此同時(shí)，Gameto公司也已經(jīng)開始進(jìn)行人類卵子成熟共培養(yǎng)系統(tǒng)的臨床前研究。

【11】Nature:繪制靈長(zhǎng)類胚胎原腸運(yùn)動(dòng)至早期器官發(fā)育轉(zhuǎn)錄組圖譜

2023-01-03報(bào)道，中國(guó)科學(xué)院動(dòng)物研究所王紅梅和郭帆團(tuán)隊(duì)、美國(guó)德克薩斯大學(xué)西南醫(yī)學(xué)中心吳軍團(tuán)隊(duì)以及安徽醫(yī)科大學(xué)蔣祥祥團(tuán)隊(duì)合作，在《自然》（Nature）上，發(fā)表了題為Primate gastrulation and early organogenesis at single-cell resolution的研究論文。該研究以食蟹猴為模型，利用單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序和干細(xì)胞分化模型等，繪制了食蟹猴CS8-CS11時(shí)期（E20-E29）胚胎的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組圖譜，揭示了原腸運(yùn)動(dòng)和三胚層分化（神經(jīng)管、體節(jié)、腸管等的發(fā)育）過(guò)程中重要細(xì)胞類群的特征及其譜系發(fā)生和調(diào)控機(jī)制，并比較了嚙齒類和靈長(zhǎng)類早期胚胎發(fā)育事件的進(jìn)化差異。