12 月 6 日消息，德国杜伊斯堡-埃森大学科学家团队开发出一种简单、自动化的方法，可批量生产肺部类器官。
这种类器官包含真实肺细胞微结构，可有效地测试实验药物、预测患者对放疗等治疗的反应，且无需使用动物材料。
类器官是由细胞组成的微小三维结构，包含与完整器官相同的细胞类型，是医学研究的理想模型。然而，传统的类器官制造过程通常需要大量复杂的手工操作，限制了其在临床前医学测试中的应用。此次研发的新方法利用一个装有持续搅拌的富氧培养液的特殊生物反应器（搅拌膜生物反应器），实现了肺部类器官的自动化批量生产。
“目前最好的结果 —— 非常简单地说 —— 是它成功了，”该研究的第一作者、杜伊斯堡-埃森大学的戴安娜・克莱恩（Diana Klein）教授表示，“这意味着，原则上，肺部类器官可以通过自动化过程生产出来。这些复杂的结构比传统的细胞系更能代表体内真实情况，因此是极佳的疾病模型。”
相关成果已发表在《生物工程与生物技术前沿》上（附 DOI: 10.3389/fbioe.2025.1684315），有望为测试新型肺部疾病（包括癌症）治疗方法提供更有效、更符合伦理且更具个性化的途径，并可能彻底改变肺部疾病治疗的研发进程。
技术原理与应用前景
研究人员首先获取初始细胞（本研究中使用的是干细胞），在适合的塑料培养皿中使其增殖。当细胞生长到足够数量时，将其从培养皿中分离，并通过放置在抗粘附培养皿中“激活”细胞活动，使其形成微小的细胞聚集体（胚状体）。随后，这些胚状体被置于含有多种通常在肺部或肺发育过程中存在的生长因子的环境中，促使细胞分化为肺部的各种细胞类型。
科学家们将这些胚状体放入装有持续搅拌膜和合适培养液的特殊生物反应器中进行培养。同时，他们在传统培养板上手动培养了一组类器官作为对照。经过四周的培养，研究人员使用显微镜、免疫荧光、免疫组化和 RNA 测序等技术对两组类器官进行了分析。
分析证实，两组类器官都成功发育出了科学家们期望的、代表气道和肺泡的肺部样结构。RNA 测序显示，它们都形成了特征性的肺上皮细胞和中胚层细胞。虽然两组形成了相同类型的细胞，但在比例上略有差异：例如，手动生成的类器官含有更多的肺泡细胞，而生物反应器生成的类器官体积似乎更大，肺泡球状结构较少。
这种生物反应器能够一次性生产更多类器官，同时减少人工操作，有望成为肺部疾病研究的重大突破。其主要应用前景包括：
更有效的药物测试：这些微型肺结构可用于更有效地测试早期实验性药物，无需使用动物材料，提供比细胞系更接近人体的模型。
个性化医疗：未来，患者可以利用自身组织培养出个性化的肺部类器官，在真实治疗前预先测试潜在治疗方案的有效性和可能的副作用。
加速药物开发：克莱恩教授指出：“下一步，类器官还可用于通过高通量筛选方法测试潜在的治疗药物。哪些药物有效？有效浓度是多少？这可以加速针对患者的特定药物开发。”
预测治疗反应：“此外，类器官还可用于预测患者对放疗或其他潜在治疗方法的个体化反应。”
当前局限与未来方向
尽管前景广阔，该技术目前仍有改进空间。克莱恩教授坦言：“类器官目前还无法完全重现肺部的细胞组成。为了构成‘完整的图景’，一些细胞仍然缺失，例如浸润的免疫细胞和血管。不过，类器官本身显示出非常好的细支气管和肺泡结构！显然，我们没有血流，意味着条件是相对静态的。”
但她强调，对于面向患者的筛选平台来说，如果能在特定治疗中获得关于细胞命运的重要见解，缺乏血流可能并非必需。“这些系统可能还不像整个生物体那样复杂，但它们是基于人体的 —— 我们拥有在患者体内也能找到的细胞。”
克莱恩教授补充道：“仍有很大的优化空间。我们需要为大规模类器官生产制定稳健且可扩展的方案。这需要仔细考虑生物反应器的设计、要使用的细胞类型以及类器官的培养条件。但我们正在努力！”
