类器官技术通过利用干细胞衍生的三维培养体系，精准复现天然器官的结构与功能，堪称生物医学领域的里程碑式突破，为人类生理病理研究开辟了全新视角。
这项技术在肿瘤学和再生医学等前沿领域大放异彩，展现出无与伦比的适应性和精准度。作为器官的微型复刻体，类器官为理解人体生物学提供了高度生理相关的模型。这种生物学相关性在药物研发中尤为重要——传统模型往往存在明显短板。相较于二维细胞培养或动物模型，类器官能更真实地模拟人体组织结构，显著提升药物筛选和功能验证的可靠性与效率。
这一优势在癌症研究中尤为突出：类器官不仅能精准还原肿瘤微环境，还能模拟特定病灶的生长特性，为精准治疗提供重要依据。类器官的临床保真度高于传统模型，因其能在体外复现人体器官复杂的生物过程。这一特性使得药物功能测试得以快速推进，显著提升了从发现到临床应用的效率。此外，类器官为体外基因编辑疗法提供了全新平台。通过运用CRISPR-Cas9等基因编辑工具，研究人员可利用类器官模拟遗传疾病并测试治疗策略，极大推动了个性化医疗领域的发展。
过去十年间，类器官研究进入黄金时代，标志着生物医学领域迎来重大转折。2023年更是迎来重要里程碑——该领域发表数千篇论文，展现出指数级增长态势。
类器官研究起源于20世纪初，专注于探索细胞的自组织特性。早期研究通过机械解离海绵细胞，在体外成功培育出功能性生物体。H·V·威尔逊于1907年的观察标志着类器官研究的起点，揭示了解离海绵细胞的自组织与再生能力。此后数十年间，多个研究团队通过解离-再聚集实验，利用解离的两栖动物肾小管和鸡胚，成功培育出多种器官形态，验证了细胞在体外自组织形成类器官结构的能力。
1981年，科学家从老鼠胚胎中分离出多能干细胞，这一成就成为干细胞研究的重要里程碑。1998年11月，科学家首次从囊胚中成功提取人类胚胎干细胞（ESCs），这一突破性进展标志着人类多能干细胞（PSC）的诞生。随后，人类诱导多能干细胞（iPSC）技术的开发彻底革新了该领域。
类器官技术的现代应用真正始于21世纪初。京都大学山中伸弥团队通过开创性研究，首次成功将小鼠成纤维细胞通过引入四个转录因子（Oct4、Sox2、Klf4和c-Myc）重编程为多能状态，由此诞生了首例iPSC。2009年，汉斯·克利弗斯提出了“类器官”这一术语，强调其自我组织特性，尤其在癌症研究领域。该术语灵感源自古希腊词汇，其中“organon”意为“器官”，后缀“-oid”表示相似或类似。因此，“类器官”特指具有器官特征的生物组织。
兰开斯特和诺布利希等学者在此开创性研究基础上进行了拓展。他们认为类器官的真正本质不在于其结构上的复制，而在于它们能够反映细胞多样性、特定功能，乃至所代表器官中复杂的细胞排列结构。随后，类器官技术领域迅速发展，开启了科学创新的新纪元。
解锁类器官：历史发现与先进分类法的传奇故事(A)类器官发展的编年史。(B)近年来，类器官在生命科学研究领域涌现出众多新颖应用。(C)由于类器官来源的多样化，其分 类体系仍需进一步完善。
类器官技术在生物医学模型领域实现重大突破。作为器官的微型复制品，类器官彻底革新了生物医学模型的格局，提供了更具生理学相关性的替代方案。相较于其他模型，类器官不仅具有更短的构建周期和更高的成功率，更能精准保留患者个体化的组织特征。
类器官技术攻克肿瘤学临床难题：开创性模型、疗法与全球试验(A)以突破性方式利用类器官实现基因复制。类器官是一种创新方法，成功生成遗传同质的癌症模型，特别是那些对药物产生耐药性或反复扩散至身体其他部位的病例。(B)通过类器官模型实现治疗创新。借助基于类器官的遗传模型，科学界正踏上探索和验证新型肿瘤治疗方案的征程，这些方案曾被认为无法治愈。(C)类器官引领全球临床前沿。全球范围内启动的临床试验充分证明了类器官技术的变革潜力。
合成生物学与类器官技术的交叉应用(A)合成生物学可辅助构建各类辅助基质和支架结构。这些结构能提供优化的环境，促进类器官的生长发育。(B)通过整合不同细胞组分，组装体能够模拟真实器官的复杂性。(C)类器官技术的应用正在合成生物学产品制造领域确立独特且专业的地位。(D)作为三维多细胞结构的类器官，其能复现真实器官的功能活动，为合成药物的高效筛选提供了全新解决方案。
类器官：革新毒理学研究领域(A)类器官技术在精准预测人体对常见物质的反应方面取得重大突破，其可靠性远超传统模型。通过干细胞衍生的类器官能更精确地复现人体组织结构与生理反应，因此成为评估日常消费品安全性的理想工具。(B)环境监测先锋：类器官检测全球性毒性威胁。这类微型生物系统可有效识别各类环境毒素，包括对人体大脑产生影响的有害物质。(C)构建全面人体模型：多器官芯片实现高效毒理学研究。微流控平台与多器官类器官系统正引领着复杂人体生理机制的模拟研究前沿。
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结论与展望
类器官技术的诞生标志着生物医学研究的重大突破，彻底打破了传统科研的边界。这项创新不仅革新了人类对生物学的认知，更开辟了疾病管理的新途径，成功攻克了曾被认为无法逾越的难关。在这一蓬勃发展的领域前沿，类器官技术展现出无限可能，有望重塑医疗保健体系、改变研究方法，并重 新定义涉及人类生命的伦理考量。
在本综述中，我们强调了类器官的多方面影响，强调了它们在个性化医学、药物发现和疾病模型中的应用。类器官系统（尤其是患者来源的类器官）的独特定制性，为生物医学研究开启了精准化的新纪元。通过精准复现人体器官的复杂结构与功能，这类模型不仅超越了传统体外培养和动物实验，更成为更具代表性的生理病理研究范本。其能够模拟肿瘤免疫微环境、 宿主-病原体相互作用等复杂生物过程的能力，使其成为揭示疾病机制和治疗反应的关键突破口。
展望未来，类器官与合成生物学、人工智能、基因编辑等尖端技术的深度融合，将开启生物医学创新的变革新纪元。这种协同效应有望开辟全新治疗路径，加速药物研发进程，并为复杂疾病研究提供深刻洞见。类器官作为快速药物测试和功能实验平台的潜力，加之其与基因编辑技术的高度兼容性，标志着医学研究领域即将迎来质的飞跃。
总而言之，类器官技术正引领着生物医学领域的革命浪潮。这项技术对人类社会的影响将深远深远，其未来应用前景更是无限广阔。随着科研人员和临床医生不断挖掘这项技术的潜力，我们期待一个充满突破性发现与创新疗法的未来——这些成果终将彻底改变我们理解并治愈人类疾病的方式。
参考文献：
Landscape of human organoids: Ideal model in clinics and research
Xinxin Han,1,2,11, * Chunhui Cai,2,11 Wei Deng,3,4,11 Yanghua Shi,2 Lanyang Li,2 Chen Wang,2 Jian Zhang,2 Mingjie Rong,2 Jiping Liu,2 Bangjiang Fang,3 Hua He,5 Xiling Liu,6 Chuxia Deng,7,8, * Xiao He,9, * and Xin Cao10, *
*Correspondence: xxhan@sibs.ac.cn (X.H.); cxdeng@um.edu.mo (C.D.); hexiao@ihep.ac.cn (X.H.); caox@fudan.edu.cn (X.C.)
Received: October 31, 2023; Accepted: March 29, 2024; Published Online: April 1, 2024; https://doi.org/10.1016/j.xinn.2024.100620
