微型器官样复合体称为类器官，是日益增长的非动物技术的一部分，这些技术有助于减少和替代研究中的动物测试。2009年，荷兰分子遗传学家汉斯·克利弗斯教授在实验室中培养了一个微型器官——类器官。这个微型肠道复制品是一个重要的突破，展示了人类干细胞可以自我组织并模仿真实器官的结构和功能。快进十五年后，3D类器官现在被用于测试肺、眼、脑、耳、肾和心脏疾病的新型治疗方法。
为了进一步推动类器官和其他非动物技术的发展和应用，卫生和医学研究办公室于2024年成立了非动物技术网络。莎法格·沃特斯博士是该网络的创始成员，也是悉尼新南威尔士大学的科学高级讲师，该校是该网络的关键合作伙伴。沃特斯博士是干细胞和类器官医学领域的专家，同时还是悉尼儿童医院网络的荣誉高级科学家。她开发了一个澳大利亚国家级的气道和肠道类器官生物样本库，并领导了一项由国家健康和医学研究委员会资助的研究项目，研究成人干细胞生物学在囊性纤维化中的应用。卫生和医学研究办公室与沃特斯博士进行了交谈，以了解有关类器官及其在研究中的应用的更多信息。
类器官是如何工作的？
“类器官模仿真实器官的结构和功能，但规模要小得多。它们是在实验室中从干细胞培养出来的，一旦发育成熟，它们就开始像所代表的器官一样行为。例如，肺类器官具有可以吸收氧气和产生黏液的细胞，就像真正的肺一样。由于它们具有许多与实际器官相同的细胞和功能，研究人员可以利用它们来研究疾病如何影响这些组织或测试新药物，看看是否能改善类器官的肺功能。”
类器官是如何制造的？
“类器官通过刷取感兴趣的组织或进行小活检来收集干细胞，这些干细胞具有分化成不同类型细胞的能力。以肺类器官为例，我们将干细胞置于一种特殊的凝胶中，这种凝胶支持它们的生长。我们还向它们提供营养物质，这些营养物质提供了正确的‘指令’，使细胞知道应该变成什么。随着时间的推移，干细胞开始自我组织并形成类似于我们感兴趣的器官或组织的3D结构。”
您如何在研究中使用类器官作为‘化身’？
“我们已经开发了肺和肠道的‘化身’，这些是使用患者来源的干细胞制成的微型器官。它们密切模仿黏膜层的结构和功能，使我们能够测试药物并个性化治疗方案以满足他们的特定需求。未来，我设想我们的工作将导致一种伴随诊断测试。这将使用来自囊性纤维化患者的类器官‘化身’，预测他们对特定治疗的反应效果，并指导医生选择最有效的疗法。”
网络如何支持您的工作？
“卫生和医学研究办公室在促进合作和机会方面发挥了关键作用，以推进非动物技术的发展。通过网络提供的资金使我们能够真正推进复杂类器官技术的研究，并将其与新南威尔士州正在建立的规模化生产基础设施联系起来。这也包括高通量测试，这是一种使用自动化系统一次测试数千种药物化合物的方法，帮助科学家更快地找到有效治疗方法。”
现在可以用类器官制造哪些类型的迷你器官？
“使用类器官，我们现在可以制造多种类型的迷你器官。这些包括：
- 肺：用于研究呼吸系统疾病如囊性纤维化
- 肠道：用于研究肠道健康、癌症和感染
- 大脑：用于研究神经退行性疾病如阿尔茨海默病或自闭症
- 肾脏：用于探索肾脏疾病和测试治疗方法
- 肝脏：用于药物测试和肝脏疾病研究
- 胰腺：用于研究糖尿病和胰腺疾病
- 胃：用于研究消化和胃癌等疾病
患者来源的类器官使研究人员能够更接近地模拟人体生物学，提高测试疗法和理解复杂条件的能力。它们提供比动物测试更准确的人类特异性结果，有助于开发更个性化的治疗方案。”
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