類器官體積養不大的原因及解決方法

文章來源公眾號：實驗老司機            作者：實驗老司機

類器官——這種細胞三維聚集體，由干細胞在體外定向誘導產生，它就像簡化版的“微型器官”，能模擬對應器官的結構，或者生理功能，是近年來的熱門研究工具。

類器官的體積一般為幾百微米，有的可達毫米級別，但想要它再長大一點，就不可能了。

原因很多，比如，細胞老化。

類器官是由干細胞分化產生的，在體外培養時，干細胞會逐漸累積衰老損傷，培養一段時間后，它就老化，停止增殖了。

再比如，功能協調。雖然類器官是三維的細胞聚集體，但沒有層級結構。例如腸道類器官，雖然能形成“隱窩-絨毛”結構，但因為只有一種細胞，沒有辦法實現體內不同細胞之間的配合和調節。

最核心的一點，就是微環境。

體內的器官之所以能長得這么大，非常依賴血管網絡的精準營養配送。但類器官沒有這個網絡，只能依賴被動擴散獲取養分。

例如，葡萄糖和氧氣在組織內的有效擴散距離大約就是幾百微米，這相當于兩三根頭發那么粗。所以類器官的體積超出這個范圍后，核心區域的細胞必然缺氧又缺營養。

這相當于從物理層面鎖死了它的體積上限。

要突破，就需要進一步模擬體內環境，比如，將類器官和血管內皮細胞共培養，誘導類器官血管化；用微流控芯片模擬體內流體環境；用特制的壓差培養箱，制造動態的壓強，模擬血管網絡給類器官輸送營養。

這三種方法中，使用壓差培養箱是比較容易上手和可控的。通過調整壓強大小、動態間隙，就可以實現每分鐘0-60次、0-3kpa的動態壓強。

這個范圍內的條件基本覆蓋了人體多數軟組織的生理壓強范圍，比如組織間隙的壓強約1-3kPa，毛細血管內壓約1.3-4kPa。

而動態頻次則對應人體的多種周期性機械信號，例如呼吸頻率，大約12-20次/分，靜息心跳，大約60次/分，胃腸蠕動約0-10次/分等。

在這種動態壓強的持續刺激下，類器官獲取營養和氧氣的能力會提高，存活時間可延長、體積上限也能獲得突破。​