Nature：干細胞領域里程碑成果“大盤點”

　　那是2011年秋季再尋常不過的一天，Madeline Lancaster忽然意識到自己培養出了一個大腦。在此之前的幾個星期，她一直試圖讓人胚胎干細胞分化為玫瑰花環(rosettes)結構的神經干細胞。但她的細胞就是不肯貼上培養皿，發而形成了奇怪的乳白色球體。Lancaster經過仔細分析才發現，這些細胞自動形成了類似胚胎大腦的東西。

　　Lancaster并不是第一個在體外培養出大腦的人。早在2008年，日本科學家就使胚胎干細胞形成了類似大腦皮層的分層球體。自那以后，這一領域迎來了蓬勃的發展。世界各地的研究者們陸續獲得了類似眼、腸、肝、腎、胰腺、前列腺、肺、胃和乳腺的3D組織。這些組織可以模擬真實器官的一些結構和功能，因此被稱為類器官。類器官有助于進一步理解人體發育，也可以作為疾病模型和藥篩平臺，甚至可能挽救受傷的器官。“這是干細胞領域近年來最引人注目的進展，”劍橋大學的Austin Smith說。

　　腸類器官

　　二十一世紀的第一個十年，干細胞領域迎來了制造類器官的熱潮。其中，日本著名學者笹井芳樹的成果格外引人注目，他先后培養出了大腦皮層、視杯組織和腺垂體。

　　干細胞學家Hans Clevers也在這一時期發表了自己的突破性成果，用干細胞生成了迷你腸。他和同事在柔軟的基質中培養腸干細胞，模擬細胞外環境。這些細胞分化為多種類型，最終形成了類似小腸絨毛和隱窩的結構。 “我們驚訝的發現，這些結構看起來就像真正的腸子，”Clevers說。

　　目前，研究人員正在用這種腸類器官研究并模擬疾病，測試相關藥物的治療效果。

　　肺類器官

　　去年，發育生物學家James Wells用胚胎干細胞生成了類似人類肺部的微型器官。胚胎干細胞能夠分化為幾乎任何類型的細胞，可以生成更為復雜的類器官。研究人員在肺類器官中對幽門螺桿菌感染進行了研究，幽門螺桿菌是胃潰瘍和胃癌的一個重要病因。

　　培養微型胃并不是一件容易的事，因為人們對胃的形成機制知之甚少。為此，研究人員測試了大量的生長因子組合，最終成功獲得了直徑大約3mm的人類3D微型肺，并且真實模擬了幽門螺桿菌感染的早期癥狀。

　　腎類器官

　　十多年來，復雜的腎臟結構一直吸引著Melissa Little。2010年她開始嘗試將胚胎干細胞分化為腎單位的前體細胞。后來她發現，培養皿中的兩類細胞會自發形成與胚胎結構類似的組織。

　　Little獲得的類器官相當于胚腎，不是成熟的腎臟。她和同事正在進一步探索，希望得到更為復雜的腎結構。他們的最終目標是，類器官移植給小鼠之后可以成熟并生成尿液。Little指出，腎臟在代謝和排泄中起到了關鍵性作用，腎類器官在藥物測試中是很有前景的。

　　肝類器官

　　許多患者等不到可移植的器官，最終因為肝功能衰竭而死。Takanori Takebe一直希望在體外培養出肝臟，解決這樣的燃眉之急。

　　Takebe先將iPS細胞誘導成為肝臟前體細胞。胚胎中的肝臟前體細胞需要其他細胞的信號才能夠成熟，Takebe認為這些支持細胞是必不可少的。他將人肝臟前體細胞與內皮細胞、間充質干細胞共同培養，成功獲得了肝芽（liver buds）結構。這樣的結構可以在體外生存兩個月之久。

　　這些肝芽被移植到小鼠腹部之后，很快就連上了小鼠的血液供給。它們能發育成為成熟的肝細胞，生產肝臟特異性蛋白和進行藥物代謝。接受了移植的肝功能衰竭小鼠，絕大多數都生存了下來。Takebe等人希望在四年內開展相關的臨床試驗。

　　類器官銀行

　　雖然現有的類器官還只是做工粗糙的仿品，但它們比動物模型要好用得多。科學家們還在繼續努力，建立更復雜更精致的類器官。