关键词：类器官；3D培养；成体干细胞；诱导多能干细胞；原代肝细胞；肾近端小管上皮细胞；结肠上皮细胞；肾小球上皮细胞；支气管上皮细胞；肺泡上皮细胞；细胞外基质；超低吸附培养板；外周血CD34+细胞；脐带血CD34+细胞；动员外周血CD34+细胞；Organoid；3D Cultivation；Adult Stem Cells；Induced Pluripotent Stem Cells (iPSCs)；Primary Hepatocytes；Proximal Tubular Epithelial Cells（PTECs）；Colonic Epithelial Cells（CECs）；Kidney Glomerular Epithelial Cells（GECs）；Bronchial Epithelial Cells（BECs）；Alveolar Epithelial Cells（AECs）；Extracellular Matrix（ECM）；Peripheral Blood CD34+ Cells；Cord Blood CD34+ Cells；Mobilized Peripheral Blood CD34+ Cells

2025年4月10日，美国FDA宣布了一项重大政策转变：将逐步淘汰在单克隆抗体（mAb）药物安全性评估中强制要求进行动物实验的规定，并正式鼓励采用类器官（Organoid）等人类细胞衍生的新型非动物测试方法（NAMs）作为替代或补充方案。 这标志着药物安全评估范式向更人性化、更精准科学转变的关键一步，也进一步标志着类器官（Organoid）的发展掀开了新的篇章！

类器官（Organoid）是原始组织样本中的成体干细胞或诱导多能干细胞【Induced Pluripotent Stem Cells (iPSCs)】通过体外三维培养和自我组装，再现体内组织器官结构的特殊3D培养（3D Cultivation）组织结构。目前3D类器官培养技术已经成功培养出大量具有部分关键生理结构和功能的类组织器官，比如：肾、肝、肺、肠、脑、前列腺、胰腺和视网膜等。

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01 3D培养技术

球状体培养是一种初代三维细胞培养技术，是由原代细胞或癌细胞系在培养过程中自组装成简单的球形或多细胞聚集体，保留了三维结构和组织特异性。球状体培养相对简单，通过超低粘附培养、悬滴培养、磁化细胞培养等技术，原代细胞可以不依赖细胞外基质Extracellular Matrix（ECM），仅通过相互作用自然聚集形成直径高达150-175µm的球状团聚体。与传统的二维单层细胞培养相比，球状体培养能够更真实地反映细胞在体内的生理特性，适合肿瘤生物学研究和高通量药物筛选分析。

作为另一种3D培养（3D Cultivation）技术产物的类器官，其形成机制和应用领域与球状体有很大的不同。类器官是干细胞自我更新和分化能力的体现，能够在体外形成具有多种细胞类型和生理功能的复杂三维结构，高度模拟体内生理环境的能力，更适合用于再生医学和个性化医疗研究。

因此，类器官培养技术的本质是再现体内器官的结构和功能，提供比传统二维细胞培养和动物模型更接近生理状态的模型。体外类器官培养是一项重大的技术突破，为研究组织发育、疾病建模、药物筛选、个性化医学和细胞治疗提供了一个强大的工具 。

02 类器官培养方法

类器官一般分为组织来源类器官和诱导多能干细胞【Induced Pluripotent Stem Cells (iPSCs)】来源类器官。前者是从组织中制备单细胞悬液，随后立即嵌入细胞外基质(Extracellular Matrix, ECM) 中， 在特定生长因子的存在下生长至类器官形成；后者则是将多能干细胞的2D培养物用生长因子如激活素A (Activin A) 等诱导为内胚层，再在3D培养基中使用特定分化信号，最终得到所需的组织类型。 对于不易获得组织样本的器官如脑等，可用 iPSCs 得到类器官。此外，一些类型的类器官只能由iPSCs构建，形成的类器官与组织来源类器官相比包含间充质层，建立后不能通过传代延续，且在体外很难达到成体组织阶段，类似胎儿期的组织，具有多能性，能形成更复杂的结构。对于组织来源的类器官，信号通路的激活是其建立的关键，其培养方案比PSCs衍生类器官简单，倾向于直接复制原始组织，形成成熟类器官较快【1】。

目前3D类器官培养基质胶技术已经成功培养出大量具有部分关键生理结构和功能的类组织器官，比如：肾、肝、肺、肠、脑和睾丸类等。下面为部分文献已公布的组织借助细胞外基质（Extracellular Matrix, ECM）培养成对应类器官可能需要的营养成分/培养基信息。

【肝类器官】

组织来源：原代肝细胞（Primary Hepatocytes）

培养基：DMEM/F12、N2、B27、N-乙酰半胱氨酸、胃泌素、EGF、RSPO1条件培养基、FGF10、烟酰胺、HGF【2】

【肺类器官】

组织来源：支气管上皮细胞（Bronchial Epithelial Cells，BECs）

培养基：有谷氨酰胺、 HEPES 缓冲液、抗真菌抗生素、N2补充剂(细胞 培养添加剂)、B27、N-乙酰半胱氨酸、人EGF的 高级DMEM/F12中，以及含有Wnt3a、Noggin和 R-spondin条件培养基【3】

【肺类器官】

组织来源：肺泡上皮细胞（Alveolar Epithelial Cells，AECs）

培养基：DMEM/F12、FGF7 (KGF) 、BMP4、ROCK抑制剂、A83-01、Dexamethasone、8-Br-cAMP、B27 Supplement【7】

【肾类器官】

组织来源：肾近端小管上皮细胞（Proximal Tubular Epithelial Cells，PTECs）

培养基：Advanced DMEM/F12、Wnt激动剂（R-spondin 1 conditioned medium 或 CHIR99021），Noggin，EGF，FGF2，A83-01（TGF-β抑制剂），B27，Nicotinamide，Y-27632【4】

【肠类器官】

组织来源：结肠上皮细胞（Colonic Epithelial Cells，CECs）

培养基：Advanced DMEM/F12、Wnt-3A Conditioned Medium、R-spondin 1 Conditioned Medium、Noggin Conditioned Medium、EGF、A83-01、Nicotinamide、B27 Supplement、N-Acetylcysteine【5】

【生殖类器官】

组织来源：子宫内膜上皮细胞

培养基：DMEM、N2、B27、HEPES、谷氨酸、EGF、R-spondin、Noggin、A83-01、CHIR99021【6】

综上所述，理论上所有组织均有形成对应类器官的能力。然而，组织来源获取难、扩增能力有限及样本间批次性差等问题限制了从组织发育到类器官的过程。因此，诱导多能干细胞（Induced Pluripotent Stem Cells ，iPSCs）来源的类器官亦同样重要，甚至是发展某些类器官的主要方法！

【来源】起始细胞

【组织】成体干细胞 或 已分化的组织细胞

【iPSC】诱导多能干细胞

【来源】技术流程

【组织】

①获取组织样本

②消化成单个细胞

③在特定因子培养基中培养，自我组织化形成类器官

【iPSC】

① 获取体细胞（如皮肤成纤维细胞、血细胞）

②重编程为iPSC

③iPSC扩增和定向分化（模仿胚胎发育）

④形成类器官

【来源】核心原理

【组织】利用成体干细胞固有的自我更新和组织修复能力

【iPSC】利用多能干细胞的多能性和自我组织能力

【来源】遗传背景

【组织】保留原组织的所有遗传信息（包括体细胞突变），能很好地模拟特定个体（尤其是疾病，如癌症）

【iPSC】保留供体个体的遗传背景，但不包含后天获得的体细胞突变

【来源】状态

【组织】更接近成年组织的生理和功能状态

【iPSC】通常更类似于胎儿或早期发育阶段的组织

【来源】优势

【组织】

①建立速度快

②保真度高，能高度模拟原组织（特别是肿瘤）

③个体化医疗的理想模型（如药敏测试）

④技术相对简单、成熟

【iPSC】

①来源广泛

②可扩展性（Scalability）极强，iPSC可无限扩增

③可生成任何器官类型

④是研究发育生物学和遗传病的完美平台

【来源】局限性

【组织】

①来源受限，依赖于侵入性活检（尤其对脑、心等器官）

②扩增能力有限，传代次数过多可能丧失特性

③难以模拟发育过程

④ 样本间异质性较大

【iPSC】

①流程长且复杂

②成本高

③存在残留未分化细胞的风险

④表型可能不完全成熟

【来源】典型应用

【组织】

①癌症研究（病人来源肿瘤类器官PDTOs）

②个性化药物筛选

③肠道、肝脏等疾病建模（ where biopsies are accessible）

【iPSC】

①发育生物学研究

②遗传性疾病建模

③毒理学和药物安全性评估

④多器官互作研究

简而言之，两者并非竞争关系，而是互补关系。根据具体的研究问题和目的选择合适的技术路径，或者结合使用两者，能够更全面深入地理解生命机理和疾病治疗。如肾小球上皮细胞（Kidney Glomerular Epithelial Cells，GECs）类器官，是目前肾脏类器官研究中的难点和热点。与已经成熟的肾小管类器官相比，肾小球类器官的培养更具挑战性，因为它需要复现更复杂的多细胞结构和独特的滤过功能。目前主流的肾小球上皮细胞（Kidney Glomerular Epithelial Cells，GECs）类器官模型是从iPSC中获得，即诱导iPSCs逐步分化为肾祖细胞，并自组织形成包含肾小球和肾小管结构的整体肾类器官，然后从中识别或分离出肾小球部分。因此，合适的可重编程为iPSC的体细胞也至关重要！

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03 IPHASE 产品

综上所述，IPHASE作为体外研究生物试剂引领者，为满足市场对类器官发展的高需求，现已逐步研发、生产出具有高活性、高纯度且批次间差异小的原代肝细胞（Primary Hepatocytes）、肾近端小管上皮细胞（Proximal Tubular Epithelial Cells，PTECs）、结肠上皮细胞（Colonic Epithelial Cells，CECs）、肾小球上皮细胞（Kidney Glomerular Epithelial Cells，GECs）、支气管上皮细胞（Bronchial Epithelial Cells，BECs）、肺泡上皮细胞（Alveolar Epithelial Cells，AECs）及多来源如外周血CD34+细胞（Peripheral Blood CD34+ Cells）、脐带血CD34+细胞（Cord Blood CD34+ Cells）和动员外周血CD34+细胞（Mobilized Peripheral Blood CD34+ Cells）等，助力组织来源类器官和iPSC类器官在疾病研究、药物筛选与个性化治疗等领域的全方位发展，为生物医学研究带来革命性的变化！

IPHASE生产产品均具有以下优势：

合规性 生产产品的组织均由正规渠道获得，来源清晰。

安全性 生产组织均经过病原检测，保证产品质量安全。

高质量 生产产品均经过严格的内部质控，且同批次数量多，批次间差异性小。

可定制 可根据客户特殊需求，提供特殊种属肝组织细胞的定制服务。

参考文献：

[1] 张言,朱春玲,杨蕊,等.类器官培养方法及家畜类器官研究进展[J].生命科学, 2023, 35(8):994-1003.

[2] Huch M, Dorrell C, Boj SF, et al. In vitro expansion of single Lgr5+ liver stem cells induced by Wnt-driven regeneration. Nature, 2013, 494: 247-50.

[3] Hai J, Zhang H, Zhou J, et al. Generation of genetically engineered mouse lung organoid models for squamous cell lung cancers allows for the study of combinatorial immunotherapy. Clin Cancer Res, 2020, 26: 3431-42.

[4] Schutgens, F., et al. (2019). Tubuloids derived from human adult kidney and urine for personalized disease modeling. Nature Biotechnology, 37(3), 303–313.

[5] Sato, T., et al. (2011). Long-term expansion of epithelial organoids from human colon, adenoma, adenocarcinoma, and Barrett's epithelium. Gastroenterology, 141(5), 1762–1772.

[6] Haider S, Gamperl M, Burkard TR, et al. Estrogen signaling drives ciliogenesis in human endometrial organoids. Endocrinology, 2019, 160: 2282-97.

[7] Kathiriya, J. J., et al. (2020). Human alveolar type 2 epithelium transdifferentiates into metaplastic KRT5+ basal cells. Nature Cell Biology, 22(5), 548–559.