類器官體積養(yǎng)不大的原因及解決方法

文章來(lái)源公眾號(hào)：實(shí)驗(yàn)老司機(jī)            作者：實(shí)驗(yàn)老司機(jī)

類器官——這種細(xì)胞三維聚集體，由干細(xì)胞在體外定向誘導(dǎo)產(chǎn)生，它就像簡(jiǎn)化版的“微型器官”，能模擬對(duì)應(yīng)器官的結(jié)構(gòu)，或者生理功能，是近年來(lái)的熱門(mén)研究工具。

類器官的體積一般為幾百微米，有的可達(dá)毫米級(jí)別，但想要它再長(zhǎng)大一點(diǎn)，就不可能了。

原因很多，比如，細(xì)胞老化。

類器官是由干細(xì)胞分化產(chǎn)生的，在體外培養(yǎng)時(shí)，干細(xì)胞會(huì)逐漸累積衰老損傷，培養(yǎng)一段時(shí)間后，它就老化，停止增殖了。

再比如，功能協(xié)調(diào)。雖然類器官是三維的細(xì)胞聚集體，但沒(méi)有層級(jí)結(jié)構(gòu)。例如腸道類器官，雖然能形成“隱窩-絨毛”結(jié)構(gòu)，但因?yàn)?/span>只有一種細(xì)胞，沒(méi)有辦法實(shí)現(xiàn)體內(nèi)不同細(xì)胞之間的配合和調(diào)節(jié)。

最核心的一點(diǎn)，就是微環(huán)境。

體內(nèi)的器官之所以能長(zhǎng)得這么大，非常依賴血管網(wǎng)絡(luò)的精準(zhǔn)營(yíng)養(yǎng)配送。但類器官沒(méi)有這個(gè)網(wǎng)絡(luò)，只能依賴被動(dòng)擴(kuò)散獲取養(yǎng)分。

例如，葡萄糖和氧氣在組織內(nèi)的有效擴(kuò)散距離大約就是幾百微米，這相當(dāng)于兩三根頭發(fā)那么粗。所以類器官的體積超出這個(gè)范圍后，核心區(qū)域的細(xì)胞必然缺氧又缺營(yíng)養(yǎng)。

這相當(dāng)于從物理層面鎖死了它的體積上限。

要突破，就需要進(jìn)一步模擬體內(nèi)環(huán)境，比如，將類器官和血管內(nèi)皮細(xì)胞共培養(yǎng)，誘導(dǎo)類器官血管化；用微流控芯片模擬體內(nèi)流體環(huán)境；用特制的壓差培養(yǎng)箱，制造動(dòng)態(tài)的壓強(qiáng)，模擬血管網(wǎng)絡(luò)給類器官輸送營(yíng)養(yǎng)。

這三種方法中，使用壓差培養(yǎng)箱是比較容易上手和可控的。通過(guò)調(diào)整壓強(qiáng)大小、動(dòng)態(tài)間隙，就可以實(shí)現(xiàn)每分鐘0-60次、0-3kpa的動(dòng)態(tài)壓強(qiáng)。

這個(gè)范圍內(nèi)的條件基本覆蓋了人體多數(shù)軟組織的生理壓強(qiáng)范圍，比如組織間隙的壓強(qiáng)約1-3kPa，毛細(xì)血管內(nèi)壓約1.3-4kPa。

而動(dòng)態(tài)頻次則對(duì)應(yīng)人體的多種周期性機(jī)械信號(hào)，例如呼吸頻率，大約12-20次/分，靜息心跳，大約60次/分，胃腸蠕動(dòng)約0-10次/分等。

在這種動(dòng)態(tài)壓強(qiáng)的持續(xù)刺激下，類器官獲取營(yíng)養(yǎng)和氧氣的能力會(huì)提高，存活時(shí)間可延長(zhǎng)、體積上限也能獲得突破。​