hLife | 工程化类器官：从体外模型迈向活体治疗-云帆数科

想象一下如果有一天我们可以用自己的干细胞在培养皿里“种”出一个微型器官再把它移植回体内让受损器官重新工作这听起来像是科幻电影但正在变成现实。这项技术的核心是“类器官”能部分模拟真实器官的结构和功能。最初类器官主要用于发育模拟、疾病研究和药物筛选而近年来的工程化突破正在把它们从“体外模型”推向“体内治疗”。这一变革正获得国内外政策的共同驱动。国际上《FDA现代化法案2.0》2022取消了动物实验强制要求允许以类器官、器官芯片等替代方法提交非临床实验数据2025年全球首个基于人源血管化类器官疗效数据无需动物药效学测试的IND获FDA批准NIH亦投入8700万美元建立标准化类器官建模中心。国内“十四五”以来“干细胞研究与器官修复”重点专项、《“十四五”生物经济发展规划》及“十五五”规划纲要相继将类器官、器官芯片列为国家前沿技术攻关任务。政策与科技的双重驱动之下水凝胶工程、微流控芯片、3D生物打印和合成生物学等多项技术正合力突围。它们旨在回答同一个核心问题如何让类器官在体外“长得好”在体内“活得下”、“干得久”从皮肤、肠道、肝脏到骨骼从组织再生修复到代谢疾病调控本文盘点发现工程化类器官已在小鼠模型中取得了令人振奋的治疗效果。换句话说这个领域已经不只是“有希望”而是“有结果”了。近日天津大学王慧团队、王汉杰团队联合中国科学院天津工业生物技术研究所赵国屏、尤晓颜团队在hLife上发表题为“Engineering organoids toward implantable living therapeutics”的综述文章图1系统梳理了活体类器官从体外构建到体内移植的工程策略与转化路径。图1 论文标题及作者信息文章重点从工程技术角度深入探讨了四大赋能领域图2。图2 类器官工程策略及其体内转化潜力水凝胶工程的核心在于给类器官搭个“好房子”通过构筑可调的生化信号、力学性能、降解性与动态重塑能力调节类器官生长分化图3。更巧妙的是水凝胶还可作为免疫屏障研究团队将SA-FasL配体锚定到PEG微凝胶表面诱导攻击类器官的T细胞凋亡在局部建立免疫耐受这为解决移植排斥这一核心难题提供了全新思路。图3 基于水凝胶的体外类器官构建策略与体内移植微流控芯片重在高通量与精确调控的双重突破。微流控芯片以提供精准的剪切应力、生化梯度和几何构架为体外构筑仿生类器官提供新平台图4。液滴微流控芯片与微阵列芯片就像微型“工厂”使得高通量制造尺寸均一性类器官成为可能。值得一提的是生物传感器和成像模块的原位集成可实时监测氧气梯度、pH值、屏障完整性、电生理活性、代谢功能和药物毒性等关键指标。该技术的加持有望提升拟植入类器官的“品质”使其可量化、可追溯这是走向GMP生产的必经之路。图4 微流控芯片技术用于体外类器官构建与体内移植类器官长不大是因为没有血管营养进不去、废物出不来核心区域坏死。这也是从实验室走向临床最关键的尺寸瓶颈。3D生物打印怎么破局它可以直接打印出厘米级的多血管结构在生理条件下实现红细胞灌注重现潮汐呼吸和气道扩张。也就是说它能按器官的生理结构“定制打印”比如肝小叶的分区代谢功能或者大面积组织缺损的修复支架图5。图5 3D生物打印与合成生物学策略助力类器官构建与体内移植前面三招都是在“外在环境”上做文章合成生物学则侧重改写类器官的“内在程序”。通过靶向基因工程让类器官带上明确的遗传特性通过疾病建模在类器官上重现病理过程通过谱系追踪搞清楚类器官到底是怎么分化发育的。这意味着类器官不再是“养出来”的而是“设计出来”的。纸上得来终觉浅那么离临床还有多远多学科技术加持下类器官从体外模型迈向植入治疗物取得了让人振奋的成果。工程化皮肤类器官已成功长出含毛囊的完整皮肤图6血管化肝类器官恢复了肝硬化小鼠约93%的肝功能并重建了肝小叶结构工程化肝类器官可调节甲状腺激素水平改善肝纤维化与糖尿病工程化米色脂肪类器官可显著改善高脂饮食诱发肥胖和2型糖尿病小鼠的代谢紊乱图7。这些进展表明多学科赋能类器官从概念验证正在迈向临床应用。图6 工程类器官用于组织再生图7 工程类器官用于疾病治疗作者简介石智诚本科生第一作者机构天津大学生命科学学院研究方向器官微生理系统构筑与药效评价尤晓颜研究员通信作者机构中国科学院天津工业生物技术研究所研究方向类器官工程、生物合成天然产物创新应用王慧英才副教授、特聘研究员通信作者机构天津大学生命科学学院研究方向功能材料合成方法学、工程化类器官方法学、微生理系统科学王汉杰教授通信作者机构天津大学生命科学学院研究方向半导体合成生物学、智能微生物药学、移植医学赵国屏研究员通信作者机构中国科学院天津工业生物技术研究所研究方向合成生物学、体外人体器官重建引用格式Shi Z, Yang Q, You X, et al. Engineering organoids toward implantable living therapeutics. hLife 2026. https://doi.org/10.1016/j.hlife.2026.06.002.

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