15.4.1　器官发育模拟

长期以来，单层的2D细胞培养体系无法在体外真实复现体内组织器官发育和生物学过程。类器官作为一种新兴的体外3D培养模型，对于研究体内器官发育和稳态维持、疾病建模以及药物筛选测试等都有重要意义。传统类器官体系通常只能模拟来源组织器官的单一或部分功能特征，结合工程策略和多学科交叉手段，构筑复杂类器官模型，有望模拟组织器官发育过程中更复杂的结构和功能特点以及各种生物学过程。(https://www.daowen.com)

通常，类器官的形成需要由Matrigel或基底膜提取物提供3D结构支撑并促进类器官的形态发生。然而，这些基质材料的组成不明确，具有批次差异性。要解决这一问题需要深入了解器官发育的时空动态过程，并结合先进的工程技术策略来实现微环境的高度可控，重现类器官培养过程中的发育特点。例如，设计成分明确、机械硬度可调的PEG水凝胶材料，用于培养肠干细胞形成肠类器官，证明了由基质硬度调控的干细胞增殖、分化和类器官形态发生过程。在更基础的层面上，通过基因工程改造干细胞，可以增加干细胞衍生类器官的功能相关性，例如，通过定制对特定实验刺激的反应或通过驱动稀有细胞类型的分化。在体内，组织器官是在周围微环境因素（包括流体流动、机械力）和细胞-细胞及细胞-基质相互作用的情况下生长，并与其他组织器官发生调控响应以及共同发育。整合这些系统水平的关键参数将有助于增加类器官的生理相关性，进行长期的体外研究。因此，通过人为地操控类器官的微环境和成熟程度，可以在体外重现器官发育的各个阶段，进而更加深入地了解组织器官发育进程中的信号调控机制，为生物医学研究提供重要理论和模型基础。