人类从诞生之初就在不停探索生命的奥义。但直到19世纪，科学家们才开始使用动物实验对神经和消化等系统进行大量生理研究。非人生命单位终于替代活人成为生命科学的理论基础实验对象。之后的上百年间，细胞模型、动物模型成为疾病建模、药物筛选与研发的研究基础。

但是，随着生命科学的发展，传统的细胞模型和PDX模型拟合度低、培养周期长、传代不稳定、不易自动化等问题日益突出。在制药领域，由于上述问题，大量罕见病、神经性疾病由于无法搭建动物模型来模拟这些疾病而无法开发药物。即使可以开发的药物也存在药物研发经费高，研发周期长，研发失败率高等问题。

据统计，近年来开发一款新药的平均成本高达约20亿美元，研发周期平均为6至7年。此外，进入临床开发阶段的新药失败率仍近90%。因此，制药领域急需一种新的模型解决上述的药物研发窘境。

类器官的出现，为更高效、精准的生命科学研究带来了希望。

类器官的诞生及其发展

类器官是一种微观的自组织三维结构组织类似物，其可以利用体外干细胞或多能干细胞进行培育。尽管类器官并不是真正意义上的人体器官，但可以高度模拟体内器官的许多结构和功能。并且，鉴于类器官可以在很大程度模拟目标组织或器官的遗传特征和表观特征，在器官发育、精准医疗、再生医学、药物筛选、基因编辑、疾病建模等领域都有广泛的应用前景。 2013年，类器官被《科学》杂志评为年度十大技术。2018年初，类器官被评《自然·方法》评为2017年生命科学领域年度技术。

类器官的起源可以追溯到1907年，美国贝克罗莱那大学教授威尔逊通过机械分离海绵细胞并将其重新聚集并自组织成为新的具有正常功能的海绵有机体。这一发现为类器官模型的搭建建立了基础。此后随着干细胞技术的发展绝大多数类型的非肿瘤来源的人源类器官均可由MSCs或iPSC发育而来。

近年来类器官发展的历程

Am J Physiol Cell Physiol

类器官的应用

通过培养从胚胎或成体干细胞中分离的细胞定向分化后成为的类器官，其复制它们所衍生器官的基本表观态，为科学家在接近生理环境的环境中进行疾病建模提供了条件。并且随着技术的进步，科学家可以从患有癌症的人体内提取肿瘤组织进行培养，用来产生无限增殖的类器官，为患者提供特定的药物测试和制定个性化的治疗方案。

基于CRISPR的基因修饰允许通过对正常类器官引入任何癌症基因改变组合来设计癌症类器官模型。当与免疫细胞和成纤维细胞结合时，肿瘤类器官成为癌症微环境的模型，使免疫肿瘤学应用成为可能。

New Technology of Tumor Diagnosis and Treatment—Review

另一方面，类器官还可以在芯片上进行保存、复苏、无限传递和机械培养，用于药物筛选。许多影响人类的致病病毒表现出物种特异性，对新型病毒生物学的理解很大程度上依赖于允许病毒复制的体外模型。例如类器官被应用于 COVID-19 的研究，弥补了细胞系和体内动物模型在基础研究方面的弱点。

目前3D类器官培养技术已经成功培养出大量具有部分关键生理结构和功能的类组织器官，比如：肾、肝、肺、肠、脑、前列腺、胰腺和视网膜等，在基础研究以及临床诊疗方面具有广阔的应用前景。

类器官与临床前肿瘤癌症模型的比较

J. Drost, H. Clevers, Nature Reviews Cancer, 2018.

相比传统的二维培养模型，类器官代表着一种能够概括整个生物体生理过程的创新技术，具有更接近生理细胞组成和行为、更稳定的基因组、更适合于生物转染和高通量筛选等优势。而与动物模型相比，类器官模型的操作更简单，还能用于研究疾病发生和发展等机理。

2018年2月23日，《科学》杂志上发表了一篇研究结果，在预测抗癌药物的有效性和指导临床用药方面，与患者实际疗效进行对比，类器官有非常出色的预测性：100%的敏感性、93%的特异性、88%的阳性预测值以及100%的阴性预测值。

类器官的商业化之路

国际

根据新思界产业研究中心发布的《2021-2025年全球类器官行业深度市场调研及重点区域研究报告》显示，2020年，全球类器官市场规模在5亿美元左右，随着医疗技术进步，类器官市场规模将进一步扩张，预计2021-2026年，全球类器官市场规模将保持以18.2%的年均复合增长率增长。

目前类器官技术行业头部公司集中于北美与欧洲，代表企业包括 BD、3Dnamics Inc、PeproTech, Inc、Organoid Therapeutics、Hesperos、STEMCELL Technologies、Definigen、Lonza等

2015年后，国际药企纷纷入局类器官行业，强生、默克、阿斯利康、辉瑞、施贵宝、赛诺菲等全球顶尖药企或投资类器官初创企业、或与类器官行业公司合作共同开发药物。

2021年，赛诺菲与Hesperos合作，开发了全球首个经FDA批准的完全基于类器官模型研究获得临床前数据的新药进入临床试验。这一里程碑事件，意味着类器官实验首次取代了传统动物实验，并且正式被美国官方认可。

国内

2021年1月28日，科技部发布《关于对“十四五”国家重点研发计划6个重点专项2021年度项目申报指南征求意见的通知》，把“基于类器官的恶性肿瘤疾病模型”列为“十四五”国家重点研发计划中首批启动重点专项任务。这意味着从政府层面开始重视类器官技术的研究与应用。

国内头部药企百济神州、恒瑞医药开始布局类器官技术。早前百济神州与创芯国际签署战略合作协议，共同建立类器官新药研发技术平台。恒瑞医药的医学转化部门也开始将目光放在类器官药物研究方面。

依托于国内研究所、院校的技术商业化模式，国内的类器官初创企业也如雨后春笋般出现。但是根据目前融资频率和金额来看，目前国内类器官行业仍然处于比较早期的发展阶段，产业集群尚未形成。

来源：锐翎资本

目前，类器官仍然存在一些局限性，我们仍有很长的路要走！