2.4.5　再生医学

外伤和许多消化系统疾病均会损害消化道的完整性及其屏障和吸收功能，对人体健康和生活质量造成严重影响。现有医学技术尚无法解决这一问题，只能通过长期静脉营养方式进行维持治疗。随着消化道类器官培养技术的逐渐成熟，通过将类器官与材料科学和组织工程学相结合，可以对类器官进行人工改造，构建出符合临床修复应用需求的消化道组织，不仅有望解决临床问题，符合再生医学发展的需求，而且也是类器官技术应用的一大重要方向。

1.基于胃肠道类器官的组织工程

除了基于基质胶、Ⅰ型胶原或水凝胶的类器官培养方法外，也出现了利用组织工程技术，基于脱细胞基质、生物材料或合成材料三维支架的胃肠道类器官组织工程培养方法，在再生医学领域展现出较大前景。此外，基于微流控芯片的gut-on-a-chip也具有独特优势。它可以通过蠕动泵进行灌注以模拟体内环境、延长培养时间，可以建立稳定的气体液体界面以促进细胞分化，还可以在装置上设置电极，通过检测跨细胞膜电阻来对类器官的屏障功能进行非侵入性持续监测。

2.类器官在消化道再生修复中的应用

消化道的再生修复是医学领域的重大难题，类器官在这一方面具有独特优势。胃肠道类器官球状体既可以直接用于消化道的再生修复，也可以作为体外扩大培养方式，为消化道组织工程提供细胞来源［126］。Todd Jensen等研究者使用大鼠内皮细胞和平滑肌细胞种植在生物可降解聚乳酸-乙醇酸共聚物（PLGA）与聚己内酯（PCL）静电纺丝支架上，制成组织工程食管，在生物反应器内培养后植入大鼠食管缺损部位。植入后，该组织工程食管可以在宿主体内稳定存在长达2周，并与宿主组织融合［127］。Robert P.Fordham等研究者使用DSS结肠损伤Rag2-/-小鼠模型，将单个Lgr5＋细胞培养形成的EGFP＋类器官消化后与基质胶混合，进行肠腔内灌注。进行了移植的小鼠在16天后观察到EGFP＋细胞在溃疡面的生长，4周后形成包含所有细胞类型的隐窝，并表现出正常的屏障功能，且小鼠出现显著的体重增加。在长达25周的观察中，EGFP＋细胞在小鼠肠道内维持了正常的增殖、分化和各细胞亚群比例，这证明了类器官在胃肠道再生修复中的潜能［128］。胃肠道类器官除了能进行消化道再生修复外，还可以用于药物递送。研究者发现，通过将IBD治疗药物5-ASA装载到PLGA纳米颗粒后，与肠道类器官混合，可以利用类器官的摄取功能，使载药颗粒被摄入类器官的囊腔并稳定存在3天。这些研究展现了类器官作为一种递送工具的潜能。

但是，胃肠道类器官无法直接产生大量有功能小肠，因此无法实现短肠综合征等疾病的治疗。随着技术进步，小肠组织工程（intestinal tissue engineering）成为一个方向。Toshiro Sato等研究者将大鼠的小肠切除后，将人小肠类器官移植到去除上皮的大鼠回盲部，形成了具有新生血管和淋巴的空肠化回肠，并有效缓解了大鼠SBS症状［129］。Mikhail Nikolaev等研究者使用水凝胶制成的鱼骨形微流控芯片对类器官进行灌注培养，诱导类器官形成管腔结构。研究者发现通过这种方式培养出的类器官细胞组成比球状体更贴合生理情况［130］。Laween Meran等研究者通过将人小肠的内镜活检标本培养成类器官后，和成纤维细胞一起种植到脱细胞的人小肠手术标本薄片，在生物反应器中培养2～3周，制成了含有完整基质、基质细胞和上皮的小肠黏膜补片［131］。Tracy C.Grikscheit等研究者使用管状PLGA涂层PGA支架，种植大鼠回肠类器官后移植到切除回肠的大鼠。接受移植的大鼠有显著的临床症状改善和更好的营养水平［132］。Barrett P.Cromeens等研究者使用相同人造材料，将人活检标本培养出的小肠类器官种植在包被了Ⅰ型胶原的PCL支架内壁后，固定在NOD/SCID小鼠的腹膜上，制成组织工程小肠。组织学显示这样制成的小肠含有潘氏细胞、基质细胞等，具有和正常小肠相同的组织结构和细胞组成［133］。