为什么在药物研发中选择类器官？

缺乏能够准确代表特定组织和疾病状态的合适体外模型是基础研究和转化研究的重大障碍。这导致了3D类器官的发展，它提供了比2D模型更大的复杂性，并建立了稳定的、与生理相关的模型，可以长时间培养。类器官已经被用来模拟多种组织类型，包括胰腺、肝脏、肾脏、视网膜、大脑和肿瘤，并且已经证明了这些系统在促进我们对复杂系统生物学的理解方面的广泛潜力。类器官在药物筛选、毒性试验、疾病建模和研究胚胎发育方面具有潜力。

什么是类器官？

类器官是干细胞衍生的自组装3D结构，可以复制器官的某些特征。类器官由成体干细胞或诱导多能干细胞(iPSCs)产生，诱导分化依赖于细胞粘附分子的不同表达谱和空间限制的谱系承诺。在组织中限制细胞空间或使用生物支架促进干细胞的进一步分化，在类器官的生成中至关重要。来自Engelbreth-Holm-Swarm (EHS)小鼠肉瘤细胞的生物支架，如基底膜提取物，最常用于实验室，并提供环境线索，包括生长因子，鼓励细胞附着并形成类器官结构。小分子在培养基中也被广泛用于指导类器官的生长和分化。

利用类器官筛选新化合物

类器官可能是药物发现的一个特别有用的领域。从患者来源的iPSCs中产生的类器官已被发现可重现疾病特征，并在新疗法的临床前筛查中有用，以在细胞水平上建立疗效。然而，Pellegrini等人最近的一篇论文对类器官如何用于药物筛选提供了不同的视角。
脉络膜丛(ChP)由围绕毛细血管和结缔组织的一层上皮细胞组成，负责产生脑脊液(CSF)。它还在血液和脑脊液之间形成一道屏障，防止循环中的有毒物质到达大脑。ChP位于大脑深处，迄今为止，这使得其结构和功能难以研究。

佩莱格里尼和他的团队通过调整从人类iPSCs中生成脑类器官的方案，将BMP-4和CHIR 99021添加到成熟培养基中，建立了ChP类器官。所形成的类器官在立方上皮中富集，并形成含有无色液体的充满液体的腔室，在结构和功能上与脉络膜丛相似。对这种无色液体的分析显示，它与脑脊液非常相似。在结构上，ChP类器官有紧密连接，初级纤毛，广泛的微绒毛，多泡体，以及细胞外囊泡，这些都是ChP的特征。
这些类器官有可能预测正在开发的新疗法的中枢神经系统渗透性，以确定一种化合物治疗神经疾病的潜力或其可能的毒性。在体内，脉络膜丛对左旋多巴和多巴胺的通透性不同。ChP类器官也表现出对这些化合物的不同渗透性，前者被运输到类器官中，而后者则没有，这证明了这个3D系统可以用于模拟药物的CNS渗透性的原理证明。
2016年，BIA 10-2474的临床试验正在法国进行，BIA 10-2474是一种脂肪酸酰胺水解酶抑制剂，可用于各种神经系统疾病的治疗。试验中有5名参与者患上了严重的急性神经中毒，其中一人死亡。该化合物尚未在动物身上表现出神经毒性作用，但来自人类iPSCs的ChP类器官表现出BIA 10-2474的毒性积累，揭示了该系统在新疗法毒性测试中的潜在用途。

类器官和癌症治疗

多种不同癌症类型的肿瘤类器官，如乳腺癌、前列腺癌、结肠癌和子宫内膜癌，已经从患者的癌症活组织检查中生成。最近Maenhoudt等人报道了从高级别严重卵巢癌(HGSOC)患者中生成卵巢癌(OC)类器官的方法，该方法采用了Boretto等人(2019)的方法，以改善类器官的建立和生长。
这些活检来源的肿瘤类器官表现出与原发肿瘤和复发性疾病相同的表型。它们为OC的发展研究提供了一个有用的模型，还可以用于筛选新的治疗方法，以确定它们对这种类型的癌症的有效性。然而，它们还有另一个潜在用途，那就是个性化医疗。来自不同患者的OC类器官对常规化疗药物如紫杉醇、卡铂、吉西他滨和阿霉素表现出不同的敏感性。因此，它们可以在临床实践中发挥效用，使临床医生能够为个别患者选择最有效的治疗方法。

更新:类器官和COVID-19研究

自发表原创论文以来，佩莱格里尼和团队使用ChP类器官来了解更多关于COVID-19的信息。这种病毒感染的特征是严重的呼吸道症状，但一些患者也会出现神经系统症状，如头痛、精神错乱和癫痫发作。佩莱格里尼的团队因此检查了SARS-CoV-2或携带SARS-CoV-2刺突蛋白的假病毒粒子对ChP类器官的影响，发现病毒主要感染脉络膜丛上皮屏障细胞，而不是神经元或胶质细胞。这导致上皮细胞损伤，并导致血- csf屏障渗漏。

参考文献

1.Boretto et al. (2019) Patient-derived organoids from endometrial disease capture clinical heterogeneity and are amenable to drug screening. Nat Cell Biol 21, 1041. PMID: 31371824

2.Maenhoudt et al. (2020) Developing organoids from ovarian cancer as experimental and preclinical models. Stem Cell Rep 14, 717. PMID: 32243841

3.Pellegrini et al. (2020) Human CNS barrier-forming organoids with cerebrospinal fluid production. Science 369, eaaz5626. PMID: 32527923

4.Pellegrini et al. (2020) SARS-CoV-2 infects the brain choroid plexus and disrupts the blood-CSF barrier in human brain organoids. Cell Stem Cell 27 951. PMID: 33113348

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