1.2.2　多能干细胞与类器官

自从多能干细胞（pluripotent stem cells，PSCs），包括胚胎干细胞（embryonic stem cells，ESCs）［7-9］和诱导多能干细胞（induced pluripotent stem cells，iPSCs）［10-12］建立后，研究者们利用体内发育的原理，从PSCs诱导分化获得了不同的组织细胞类型。其中，Yoshiki Sasai团队利用PSCs体外模拟器官发育做了许多早期探索，并成功地在体外建立了重现大脑、视网膜和脑垂体等中枢神经单元三维培养的方法。这是从PSCs向类器官迈出的重要一步，不仅实现细胞的分化，还模拟组织或器官三维结构的形成［13］。

2008年，Yoshiki Sasai团队建立了胚状体（embryoid body，EB）的无血清漂浮培养体系。在缺乏神经分化抑制因子（如BMP、Nodal和Wnt）的情况下，使ESCs自发向神经分化，形成连续的神经上皮，随后发育为分层的皮层样组织，其中包含神经干细胞、深层神经元、浅层神经元、Cajal-Retzius细胞等。在缺乏生长因子的情况下，生成的皮质组织将自发地形成下丘脑口侧结构。而区域性的结构，如嗅球、吻侧和尾侧皮质、下摆和脉络膜丛等，可以通过添加特定的因子，包括FGF、Wnt和BMP，来选择性地诱导［14］。进一步，该团队于2011年在无生长因子培养基中，从重聚的小鼠ESCs产生悬浮的胚状体，建立了首个含神经系统的完全三维模型——视杯类器官。在视杯类器官中，视网膜细胞分层具有顶-基极性，视网膜和色素上皮的标记物也以空间正确的方式表达［15］。2012年，他们利用人胚胎干细胞（human embryonic stem cells，hESCs）培养产生了较大尺寸的视杯类器官，该模型具有人类细胞特有的特征，且形成的神经视网膜可发育成包含杆状细胞和锥状细胞的多层组织［16］。

2013年，Juergen A.Knoblich团队则在这些工作的基础上进一步优化了培养体系，他们利用人诱导多能干细胞（human induced pluripotent stem cells，hiPSCs）或hESCs首次构建了人脑类器官［17］。不同的是，他们并没有通过添加生长因子来诱导特定脑区结构的形成，而是将诱导分化的神经外胚层组织培养在人工基膜（matrigel）中来诱导复杂结构的形成，最后将matrigel中培养的类器官在转瓶生物装置中培养来进一步促进类器官的分化成熟。所形成的人脑类器官能形成视网膜、背侧皮层、腹侧前脑、中-后脑交界区、脉络丛和海马等不同脑区结构［17］。

这些先驱工作体现了PSCs在构建类器官方面的巨大潜力，目前通过PSCs已经可以建立人脑、视网膜、肠道、肝脏、胰腺、心脏和肾脏等不同类器官［18，19］（表1-1）。(https://www.daowen.com)

表1-1　类器官发展历史简介

（续表）