器官芯片相关研究最新进展（2023年3月）

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【1】新型人脂肪肝类器官，可用于CRISPR筛选

2023年2月23日，Hans Clevers 团队在 Nature Biotechnology 期刊发表了题为：Engineered human hepatocyte organoids enable CRISPR-based target discovery and drug screening for steatosis 的研究论文。

该研究建立了新的人类脂肪肝类器官模型，并使用这些类器官模型来阐明药物反应，还建立了一个基于该类器官的CRISPR筛选平台，并成功筛选到了治疗脂肪肝的潜在新靶点——FADS2基因。这些类器官模型及筛选平台将有助于测试和开发治疗脂肪肝的新药物，并有助于更好地了解疾病生物学。

这项研究中，研究团队建立了三种类器官模型来捕捉脂肪肝发展的不同触发因素。首先，他们用脂肪酸混合物来模拟西式饮食，并见证了脂肪肝类器官的快速发展。然后，研究团队使用了先导编辑（Prime Editing）将脂肪肝的最高风险基因突变（PNPLA3 I148M）引入类器官系统，具有这种突变的类器官比没有这种突变的类器官显示出更严重的脂肪积累。最后，研究团队使用CRISPR-Cas9模拟了遗传脂质疾病，以研究这些疾病如何影响脂肪肝的发展，由于糖源性脂肪的积累，这些突变的类器官自发地发展成严重的脂肪肝。

然后，研究团队在新开发的类器官模型上筛选了大量治疗脂肪肝的候选药物。有趣的是，研究他的观察到不同的脂肪肝类器官模型对药物的反应非常相似。因此，他们能够识别出在所有模型中都有效的药物。

实验结果显示，这些有效的药物通过一个共同的机制起作用，即阻止糖生成脂类。研究他的还观察到，具有脂肪肝最高风险突变的类器官与没有突变的类器官对所有药物的反应方式不同，这表明类器官可以作为个性化医疗的工具。

研究团队继续使用类器官模型建立了一个遗传筛选平台，以确定在脂肪肝疾病中起作用的新基因。研究他的将他们的类器官开发了一个名为FatTracer的CRISPR筛选平台。他们使用这个平台来研究特定基因的缺失对脂肪肝表型的影响，这可以在20天内实时可视化。

使用这一FatTracer筛选平台，研究团队对35个脂质代谢和/或NAFLD有关的候选基因进行了筛选，发现FADS2基因（表达脂肪酸去饱和酶2）是一个新的与脂肪肝疾病相关的关键基因，FADS2基因的缺失使得类器官的脂肪含量大大增加。

【2】肺癌类器官预测临床疗效总准确率高达83.3%

2023-02-27报道，近日，广东省肺癌研究所的研究人员及其合作者在Cell子刊Cell Reports Medicine发表了题为“Using patient-derived organoids to predict locally advanced or metastatic lung cancer tumor response: A real-world study”的论文。该研究使用患者来源的类器官来预测局部晚期或转移性肺癌的肿瘤疗效，这也是目前全球范围内已公开发表的最大的肺癌类器官研究队列。

在这项研究中，研究人员从107名晚期癌症患者中生成了214个癌症类器官，总成功率为75.7%（162/214），其中212个是肺癌类器官（LCO），主要来源于恶性浆液性渗出液（MSE）。另外，研究人员还在真实世界研究中进行了针对化疗和靶向治疗的肺癌类器官药物敏感性测试（LCO-DST），用于预测相应治疗的临床反应。 为了验证恶性浆液性渗出液和恶性浆液性渗出液来源的肺癌类器官之间基因组图谱的一致性，研究人员对25名患者进行了二代测序，并对积液和肺癌类器官样本进行了体细胞突变分析，如下图所示。这些数据显示肺癌类器官样本的变异敏感性为70.5%（93/132），阳性预测值为69.4%（93/134）。

综上所述，药物敏感性与临床反应的总体一致性可达83.33%，LCO-DST在预测晚期癌症治疗反应中有极高的准确性，其在精确医学中具有巨大的潜力，后续可进行大规模临床试验，确定不同类型疗法的精确截止值。这表明肿瘤类器官药物敏感性测试是治疗晚期肺癌的一种有前景的精准医疗工具。

【3】Nat Biotechnol：构建出研究脂肪肝的类器官模型

2023-03-03报道，在一项新的研究中，来自荷兰乌得勒支大学和马克西玛王后儿童肿瘤中心等研究机构的研究人员构建出新型的人类脂肪肝类器官模型。他们利用这些模型来阐明药物反应，并建立了一个CRISPR筛选平台来识别新型疾病介质和潜在的治疗靶标。这些模型将有助于测试和开发治疗脂肪肝的新型药物，并有助于促进对疾病生物学的更好理解。相关研究结果于2023年2月23日在线发表在Nature Biotechnology期刊上，论文标题为“Engineered human hepatocyte organoids enable CRISPR-based target discovery and drug screening for steatosis”。

脂肪在肝脏中的堆积是一种在世界范围内越来越常见的疾病，全世界有超过四分之一的人口受到影响。患有脂肪肝会导致炎症，损害肝功能，并最终导致瘢痕组织的形成。不同的原因会导致脂肪肝的发展，其中饮食和生活方式是最常见的促成因素。此外，遗传学也可以发挥重要作用。例如，遗传性脂质代谢紊乱使患者更有可能患上脂肪肝，而一些突变则提高了患此病的风险。

【4】类器官重大进展！Cell子刊：复旦大学科学家成功建立首个具有功能性突触的耳蜗类器官，再现听觉单元早期发育！

2023-02-06报道，近日，来自复旦大学医学神经生物学国家重点实验室的夏明宇等科学家首次通过分期3D共培养系统建立了具有功能外周听觉环路的耳蜗类器官，并通过一系列形态学和电生理学检测，证实了类器官内细胞和突触的功能，为感音神经性耳聋的研究提供了复合类器官研究平台。该研究题为“Generation of innervated cochlear organoid recapitulates early development of auditory unit”，发表在《Stem Cell Reports》杂志。

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

本研究开发了一种通过及时调节与耳蜗发育相关的多种信号通路来建立功能性耳蜗神经支配类器官的方案。此类器官模型可用于破译CPCs增殖背后的机制，作为筛选耳蜗中药物或遗传载体的工具来造福听障患者。

【5】Nat Biotechnol：重磅！科学家开发出全球首个具有免疫系统的类器官！

2023-02-10报道，近日，一篇发表在国际杂志Nature Biotechnology上题为“In vivo development of immune tissue in human intestinal organoids transplanted into humanized mice”的研究报告中，来自辛辛那提儿童医院等机构的科学家们通过研究构建了一种较好的模型来帮助研究人类胃肠道疾病，文章中，研究人员成功开发出了一种新一代复杂的肠道类器官，其包括功能性免疫系统的关键元件，这是迄今为止科学家们开发出的首个包含功能性免疫系统的任何类型（心脏、肝脏、胃等）的体内类器官。

医学博士Michael Helmrath说道，这种类器官不仅能支持迁移的免疫组织（而不是排斥它），而且这些免疫细胞和结构也能继续改善肠道自身的发育，尤其是具有识别外来抗原的能力。这项研究基于此前2011年研究人员开展的研究，此前他们开发出了肠道类器官，而该研究团队也是世界上首个利用诱导多能干细胞（iPSCs）产生功能性肠道类器官的团队。研究者表示，当在培养皿中生长28天后，这种微小的类器官球体就会达到几毫米大小，随后就来到了下一个关键步骤，研究者将类器官移植到免疫抑制的小鼠体内来避免人体组织的排斥反应。

原文：doi：10.1038/s41587-022-01558-x

【6】首次证实，人脑类器官植入小鼠大脑后可建立功能连接，并对外部刺激做出反应

2023-01-06报道，近日，美国加州大学圣地亚哥分校的研究人员在 Nature Communications 期刊发表了题为：Multimodal monitoring of human cortical organoids implanted in mice reveal functional connection with visual cortex 的研究论文。 该研究首次证明，植入小鼠体内的人脑类器官与小鼠大脑皮层建立了功能连接，并对外部感觉刺激做出了反应。植入的人脑类器官对视觉刺激的反应与周围组织一样，研究人员能够在几个月的时间里实时观察到这一点，而这归功于一种结合了透明石墨烯微电极阵列和双光子成像的创新实验装置。

这项研究将透明石墨烯制成的微电极阵列和双光子成像技术相结合，从而能够在宏观和单细胞水平记录和成像神经元活动。这项技术表明，由iPSC生成的人大脑皮质类器官在植入小鼠大脑后能与周围的宿主皮层组织建立突触连接，并接受了来自小鼠大脑的视觉刺激输入，产生相应的电生理反应。 这种创新的神经记录技术将为研究大脑类器官创造了一个独特的平台，为研究人类神经网络层面的功能障碍，并研究将大脑皮质类器官作为神经修复物来恢复功能缺失、退化或受损的大脑区域的功能提供了前所未有的机会。

【7】CRISPR+类器官，林德晨团队揭示胃食管癌发生发展机制，并发现潜在药物

2022-12-05报道，近日，南加州大学林德晨团队与约翰·霍普金斯大学医学院Stephen Meltzer团队合作，在 Science 子刊 Science Translational Medicine 上发表了题为：Generation and multiomic profiling of a TP53/CDKN2A double-knockout gastroesophageal junction organoid model 的研究论文。

这项研究不仅有助于识别GEJ肿瘤生长过程中发生的关键变化，还为未来的研究建立了策略，以帮助理解其他器官的肿瘤。

TP53和CDKN2A是两种重要的抑癌基因，这两种基因的失活会在GEJ肿瘤发生的早期会出现，但由于缺少GEJ特异性疾病模型，TP53和CDKN2A失活在GEJ中的促癌后果尚未被表征。

【8】首次解析！Cell: 斯坦福科学家利用类器官精准定位新冠病毒进出鼻腔细胞的途径

2023-01-16报道，2023年1月5日，来自斯坦福大学的科研团队在著名期刊Cell杂志在线发表了一篇名为《SARS-CoV-2 replication in airway epithelia requires motile cilia and microvillar reprogramming》的研究文章，这项研究首次详细阐述了新冠病毒感染呼吸道上皮细胞的分子机制，研究人员发现病毒通过ACE2受体附着在上皮细胞的纤毛上，并且使用纤毛作为进入细胞的通道。

总的来说，作者发现新冠病毒会首先感染呼吸道纤毛细胞，如果移除纤毛，则可阻止新冠病毒和其他呼吸道病毒的感染，同时，侵入的病毒会激活细胞中激酶来促进细胞骨架的形成，通过高度延伸的微绒毛结构将新生成的病毒送到黏液层，从而提高了病毒的传播能力。 事实上，并不是只有新冠病毒会通过这种方式进行传播，其他呼吸道病毒也可能通过同样的方式突破免疫屏障，就新冠病毒本身而言，大体来说，抗新冠病毒的药物可以归纳为两大类，一是阻止病毒和宿主细胞结合，二是阻止新病毒在宿主细胞内的产生，但是本项研究提出了一个新的预防性策略，那就是使用鼻喷剂或者其他预防性的短期药物来延迟病毒的进入、退出或传播，而这将有助于免疫系统及时赶上和到达，以阻止全面的感染发生。

【9】《自然》子刊：突破性进展！复旦团队首次将星形胶质细胞重编程成脊髓类器官，并修复脊髓损伤

2022-12-26报道，近日，来自复旦大学的邵志成团队在《自然·生物医学工程》杂志发表重磅研究成果，他们开发了将星形胶质细胞诱导成为神经类器官的方法（称为Op53-CSBRY），即在人星形胶质细胞中过表达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]。

更为重要的是，通过Op53-CSBRY方法生成的类器官，在添加bFGF、SAG和BMP激活脊髓发育相关信号通路后，可形成具有脊髓背侧和腹侧神经元功能的脊髓类器官。在将脊髓类器官移植给脊髓损伤的小鼠后，类器官可存活并分化为脊髓神经元，并与宿主神经元形成突触，改善小鼠的运动功能。 该研究使得人星形胶质细胞在体内直接重编程为神经类器官，以修复神经系统损伤的设想往前迈出了一大步。

【10】乔治·丘奇创造首个人类卵巢类器官，可支持卵子成熟，为治疗不孕症/卵巢癌等生殖系统疾病开辟新道路

2023-02-24报道，2023年2月21日，哈佛大学乔治·丘奇（George Church）团队在 eLife 期刊发表了题为：Directed differentiation of human iPSCs to functional ovarian granulosa-like cells via transcription factor overexpression 的研究论文。 该研究将人类iPSC细胞定向分化为有功能的、全人源卵巢类器官，能够支持卵细胞成熟、发育卵泡并分泌性激素。这一卵巢类器官无需从患者体内获取卵巢组织的情况下用于研究人类卵巢生物学，以及开发治疗不孕症、卵巢癌等疾病的新疗法。 据悉，该技术已经授权给了一家名为 Gameto 的生物技术公司，该公司正在使用这一卵巢类器官技术开发治疗女性生殖系统疾病的新疗法。

目前，乔治·丘奇实验室正在继续开发人类卵巢类器官模型，并计划整合其他卵巢细胞类型，包括产生激素的膜细胞，以更全面地复制人类卵巢的复杂功能。他们还希望改进培养系统，让生殖细胞能够在其中完全发育成卵子，以及确定不同转录因子所需的最佳表达量。与此同时，Gameto公司也已经开始进行人类卵子成熟共培养系统的临床前研究。

【11】Nature:绘制灵长类胚胎原肠运动至早期器官发育转录组图谱

2023-01-03报道，中国科学院动物研究所王红梅和郭帆团队、美国德克萨斯大学西南医学中心吴军团队以及安徽医科大学蒋祥祥团队合作，在《自然》（Nature）上，发表了题为Primate gastrulation and early organogenesis at single-cell resolution的研究论文。该研究以食蟹猴为模型，利用单细胞转录组测序和干细胞分化模型等，绘制了食蟹猴CS8-CS11时期（E20-E29）胚胎的单细胞转录组图谱，揭示了原肠运动和三胚层分化（神经管、体节、肠管等的发育）过程中重要细胞类群的特征及其谱系发生和调控机制，并比较了啮齿类和灵长类早期胚胎发育事件的进化差异。