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類器官的前景與挑戰:加州大學如何克服「再現性危機」?

2025年02月23日 首頁 » 熱門科技

類器官的前景與挑戰:加州大學如何克服「再現性危機」?


近年生醫領域的類器官(organoids)備受關注,因能體外培養功能接近真器官的「微器官」,有潛力為藥物開發等醫學應用帶來突破進展。然類器官仍面臨可重複性不足等挑戰。因細胞來源、培養條件等細微差異,都可能導致類器官形態和功能不一,影響結果可靠性。

加州大學聖地亞哥分校人類類器官(HUMANOID)中心,以集成生物工程、資訊科學與臨床醫學專業知識,盼增進類器官可重複性與臨床應用潛力。主要目標包括創建標準化流程、創建大型生物資料庫、開發數據分析工具,並促進合作。期望為類器官研究創建更可靠的平台,加速新藥開發、增進病患福祉。

類器官是由人類幹細胞或前體細胞(progenitor cells),3D培養條件下逐漸生長、分化成微小組織結構,部分模擬真器官細胞組成與功能。特定生長因素與環境引導細胞生長分化,最終產生類似腦腸等器官結構。類器官已用於疾病機制研究、藥物開發與個性化醫療等領域,還能取代部分動物實驗,提高藥物篩選準確性,降低研發成本,有助精準醫療發展。

類器官潛力獲FDA及學界認可,2022年通過《FDA現代化法案2.0》(FDA Modernization Act 2.0),取消新藥申請(New Drug Application)必須做過動物實驗的強制要求,並認可類器官等微生理系統(microphysiological systems)為實驗替代方案。

類器官在臨床前毒理研究更顯優勢。以動物試驗預測藥物對人類的毒性準確性猶如「擲骰子」碰運氣,無法確保人體實驗也一樣安全,故許多藥物雖通過動物實驗,卻在臨床三期因不預期毒性聲明失敗。先前研究顯示,以肝臟類器官模型預測200多種藥物毒性,準確性近90%,更準確篩出有害藥物,降低臨床實驗風險,保護受試者安全。

然而類器官仍缺乏再現性,已知原因不少,如細胞來自不同實例,就限制可重複性(指紋效應);即使細胞來自同實例,但因細胞異質性,仍可能產生性質各異的類器官(雪花效應);各實驗室培養類器官的方法也不同,缺乏標準化流程,也影響可重複性(混合效應)。

HUMANOID為了克服類器官技術再現性低的問題,採取以下策略:

  1. 培養條件標準化:嚴格控制培養基成分、溫度、濕度,確保每次類器官培養條件一致。
  2. 創建自動化培養系統:精確控制培養過程各項參數,降低人工操作誤差。
  3. 嚴控細胞來源:選用品質穩定幹細胞或前體細胞為起始材料。
  4. 精進培養參數:制定詳細分化誘導方案,確保類器官形態和功能一致性。
  5. 加強品管:培養時定期以形態學觀察、基因表現分析和功能測試等方法評估品質,及時發現並排除品質異常的類器官。

HUMANOID有效提升類器官培養再現性,為科學研究和藥物開發提供更可靠模型系統。

類器官若廣泛應用,可為生物醫學研究創造新視野,值得期待。但之前仍有許多挑戰有待克服,憑藉HUMANOID中心及全球學者共同努力。有理由相信他們通力合作,能充分發揮類器官潛力,為人類健康貢獻更多。

(首圖來源:Image by Freepik)

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