Cell系列綜述：類器官研究的下一個維度——類組裝體

編譯丨王聰

編輯丨王多魚

排版丨水成文

在生物醫學研究中，動物模型長期以來發揮著關鍵作用。然而，由于固有的物種差異，它們在準確復制人類生理和病理狀態方面的能力有限。為了滿足對人類疾病更深入理解的日益增長的需求，構建精確的體外模型已成為一個核心焦點。傳統的二維（2D）培養系統涉及的細胞類型有限，且缺乏有效的細胞間通訊，使其主要適用于初步研究（例如細胞增殖和分化的研究）。

類器官（Organoid）的出現為生物醫學研究提供了新途徑。類器官是通過體外干細胞的定向分化和自組織形成的三維（3D）結構，其細胞組成和生理架構與來源組織相似。自 2009 年HansClevers教授團隊成功構建腸道類器官以來，視網膜、大腦、肝臟、腎臟、胰腺、肺、皮膚和膀胱等類器官模型相繼被開發，并廣泛應用于疾病建模、藥物篩選、發育生物學和組織再生等領域。

然而，目前大多數類器官系統仍缺乏天然組織中存在的許多關鍵成分。即使是經過工程改造的變體，例如“血管化”類器官或與免疫細胞的短期共培養，通常也只能增強某些檢測指標，卻未能建立上皮、內皮、神經、免疫和基質等組分之間穩定且相互調控的網絡。這些局限性影響了類器官的發育與功能。此外，單個類器官無法重現器官內部的區域特化或器官之間的關鍵相互作用，從而限制了其在某些疾病模型中的生理相關性和應用性。

類組裝體（Assembloid）是由不同類器官整合或向類器官中引入特定細胞類型而形成的自組織三維結構，具有更高的細胞多樣性、結構復雜性和生理相關性。

近日，吉林大學口腔醫院徐曉薇教授、周鼎教授，武漢大學口腔醫院Zhao Hui等人在Cell Biomaterials期刊發表了題為：Assembloids: The next dimension in organoid research 的綜述論文。

該綜述了系統總結了近年來將血管、神經和免疫成分整合進類器官以及組裝多種類器官類型的策略。討論了類組裝體形成的關鍵因素（包括細胞來源、細胞間相互作用、細胞因子信號傳導以及細胞外基質特性）。生物工程領域的進展提升了類組裝體生成的可擴展性和精確性。通過結合生物學與技術視角，該綜述為高效構建類組裝體提供了指導，并強調了其在疾病建模、藥物篩選及未來臨床轉化中的應用前景。

在生物醫學研究中，開發能夠準確復制人體器官結構和功能的體外模型，仍是一項核心挑戰。該論文綜述了類器官研究中的一個新進展——通過將多個類器官或特化細胞組合成一個自組織的三維系統，構建出“類組裝體”（Assembloid）。其目標是使實驗室培養的組織更接近真實的人體器官。研究人員不再局限于單獨研究單個類器官，而是整合不同的微型類器官或細胞簇，使其共同發育并相互作用，從而模擬活體組織復雜的結構和細胞間交流。

該論文綜述了類組裝體的構建方法及其背后的生物學原理，內容涵蓋研究人員如何選擇合適的細胞來源（強調由多能干細胞誘導或從組織中提取的特化細胞在整合到類器官中的能力上存在差異）；類組裝體內細胞如何通過物理接觸和化學信號進行相互交流與影響（細胞間相互作用及信號通路）；以及細胞外基質如何促進空間組織與結構組裝。

類組裝體代表了類器官研究領域的重大進展，它們提供了更接近人類生物學的模型，縮小了培養皿實驗與真實器官之間的差距。通過整合多種相互作用的細胞類型，這些三維模型能夠捕捉到簡單系統所無法體現的生理復雜性，從而加深我們對器官功能和疾病發展過程的理解。這種高度的真實性使類組裝體成為疾病建模和藥物研發的強大平臺，研究人員可借此觀察病理過程或在類似器官的組織上測試藥物，通常比傳統模型更準確地預測人體反應。展望未來，類組裝體在再生醫學領域也展現出巨大潛力，有望培育出復雜的組織甚至初步的器官，用于移植和組織修復。總的來說，類組裝體通過重現組織復雜性的“下一個維度”，架起了從基礎研究走向臨床突破的橋梁。

類組裝體的組成與應用

影響類組裝體構建的關鍵因素

血管化類器官生成的意義及主要策略

具有神經組分的類器官的組裝

具有免疫細胞的類器官的組裝及其在腫瘤免疫微環境建模中的應用

不同類器官的組裝

類組裝體在發育生物學和疾病建模中的應用

類組裝體在藥物篩選和再生醫學中的應用

總的來說，類組裝體顯著提升了類器官模型在重現人體器官復雜三維結構和功能方面的能力，為理解生理發育和疾病機制提供了新機遇，它的出現在生物醫學研究中展現了巨大潛力。盡管取得了諸多進展，但目前構建類組裝體方面仍面臨諸多挑戰。隨著技術的進步，這些挑戰有望逐步得到解決，從而大幅拓展類組裝體的應用前景，包括疾病建模、藥物篩選、臨床轉化等，有望改變患者治療方式，在醫學領域帶來重大突破。

論文鏈接：

https://www.cell.com/cell-biomaterials/fulltext/S3050-5623(26)00144-3