2024年11月6日，上海大学苏佳灿教授、刘晗教授、魏彦副研究员和西安交通大学宏辉医院周凤金医生在Journal of Nanobiotechnology期刊发表标题为“Organoids and organoid extracellular vesicles-based disease treatment strategies”的综述论文，该研究主要对类器官和类器官外泌体（OEVs）在疾病治疗中的基础生物学原理及其应用进行了综述，并探讨了OEVs与传统外泌体（EVs）之间的差异。研究还介绍了OEVs的工程化修饰方法，并批判性地总结了类器官和OEVs的优势和挑战。研究认为，深入理解类器官和OEVs将为复杂疾病提供创新解决方案。

文章摘要

类器官是在体外3D培养条件下，由干细胞自我组织和分化形成的“迷你器官”，能够模拟体内组织的空间结构和功能。细胞外囊泡（EVs）是由活细胞分泌的纳米级磷脂双层囊泡，富含生物活性分子，具有的生物相容性和低免疫原性。与细胞外囊泡（EVs）相比，类器官衍生的细胞外囊泡（OEVs）具有更高的产量和更强的生物学功能。类器官具有干细胞特性，而类器官衍生的细胞外囊泡（OEVs）能够传递活性物质，这使得二者在医学应用中极具潜力。在这篇综述中，文章概述了类器官和类器官衍生的细胞外囊泡（OEVs）的基本生物学原理，并讨论了它们目前在疾病治疗中的应用。然后，文章重点阐述了类器官衍生的细胞外囊泡（OEVs）与传统细胞外囊泡（EVs）之间的差异。随后，文章介绍了对类器官衍生的细胞外囊泡（OEVs）进行工程改造的方法。，文章批判性地总结了类器官和类器官衍生的细胞外囊泡（OEVs）的优势与挑战。总之，文章认为，对类器官和类器官衍生的细胞外囊泡（OEVs）更深入的理解将为复杂疾病提供创新性的解决方案。

一、类器官：

类器官，堪称体外培养出的“迷你器官” ，它是干细胞在三维培养环境下，经自我组织与分化形成的产物。凭借这一特性，类器官能够高度模拟体内组织的结构与功能，成功填补了二维经典细胞系与传统动物模型之间的空白。

从来源上看，类器官可源自胚胎干细胞（ESCs）、诱导干细胞（iPSCs）以及成人干细胞（ASCs）。其中，成人干细胞来源广泛、获取便捷，但因其分化潜力有限，培育出的类器官生理功能较为单一；而诱导干细胞和胚胎干细胞则具备强大的分化潜能，能分化成多种细胞类型，使得相应类器官的空间结构更为复杂、功能更加多样，在基础研究与药物筛选中优势尽显。

图1.类器官和OEVs的应用示意图。类器官和OEVs可以通过口服给药、移植、注射和递送生物活性物质来治疗。

二、类器官：

在疾病治疗的战场上，类器官已初露锋芒。

在骨缺损治疗领域（图2A），科研人员积极探索。Wang等人设计的新型生物墨水，通过生物打印技术模拟骨组织结构，其构建的水凝胶利于骨母细胞矿化，在体内外实验中均展现出良好的促进骨生成效果；浙江大学欧阳教授团队开发的骨痂类器官，借助数字光处理技术，实现了快速原位骨再生，为解决骨愈合难题带来新方向 。

对于炎症性肠病（IBD）（图2B），ShiroYui等人利用肠隐窝Lgr5干细胞构建结肠类器官，移植到IBD小鼠病变区后，病情得到缓解；东京医科齿科大学更是开展了世界首例肠道类器官治疗IBD临床试验，为众多患者带来曙光。

在神经修复方面（图2C），脑类器官的应用为创伤性脑损伤治疗提供了新思路。将前脑类器官移植到成年大鼠受损视觉皮层后，移植的类器官与宿主大脑皮层实现显著整合，并产生强烈的自发神经活动。

在胆道疾病治疗中（图2D），Sampaziotis等人的研究表明，胆管细胞类器官具有高度可塑性，移植后能为肝脏和胆道损伤修复提供健康细胞，有效延长患病小鼠生存期。

图2.不同类器官在疾病治疗中的应用。

三、类器官细胞外囊泡（OEVs）：

OEVs作为类器官分泌的外泌体，在细胞间信息交换和物质运输中发挥着关键作用。它富含蛋白质、RNA、DNA等生物活性物质，可调控靶细胞的基因表达和功能。

类器官与传统细胞培养存在显著区别，类器官呈现三维结构，而传统细胞培养为二维模式。在三维环境里，细胞展现出比二维环境更为复杂的细胞间通信，这种通信复杂性的提升进而促使EVs也更具复杂性。

与传统细胞外囊泡相比，OEVs具有独特优势。由于类器官的三维结构和复杂细胞类型，OEVs的复杂性更高，更能模拟体内复杂的细胞相互作用和环境条件，产量和生物学功能也更胜一筹。

在分离OEVs时，由于类器官培养条件复杂，常需借助三维支架，这给分离工作带来挑战。目前常用差速离心、密度梯度离心等方法，且为保证分离效果，需采用去EVs的血清等措施。

图3. OEVs的生物发生、结构、组成和内化。

四、OEVs的应用

在免疫调节方面，肠道类器官分泌的OEVs能显著减少LPS诱导的炎性因子产生，其中多种微RNA尤其是Let7发挥着关键作用。

在唾液腺OEVs用于上皮修复的研究中，Ferreira等人构建的功能性唾液腺类器官分泌的OEVs，在上皮损伤模型测试中展现出的修复能力，治疗效果甚至超过直接移植类器官 。

对于视网膜退化疾病，视网膜类器官OEVs同样表现。相关研究表明，其能调节脂质代谢，促进视觉功能恢复，在治疗视网膜退行性疾病中具有关键介导作用。

表皮类器官OEVs在促进上皮损伤修复方面也成绩斐然。研究发现，三维培养下表皮类器官分泌的EVs能有效刺激血管生成，加速小鼠皮肤创伤愈合。

图4：不同来源OEVs在疾病治疗中的应用A.由肠道类器官分泌的OEVs表现出抗炎作用。B.由唾液腺类器官分泌的OEVs促进上皮创伤愈合。C.来源于视网膜类器官的Müller胶质细胞通过分泌OEVs治疗视网膜疾病。D.来源于视网膜类器官的OEVs调节脂质代谢以治疗视网膜疾病。

五、总结

类器官和OEVs不仅是生物医学研究的模型，更具有巨大的治疗潜力，为各类疾病的治疗提供了新颖的策略和见解。然而，在实现商业化之前，其生产过程仍需进一步优化。未来，研究应聚焦于改进类器官培养技术，增强功能多样性，采用创新方法构建能满足临床移植和治疗需求的功能整合类器官。同时，多样化类器官构建方法，深入探索其生长和发育机制，这将有助于深化对人体组织和器官发育的理解，为药物筛选和个性化医疗提供理想模型。通过拓展类器官技术的应用，可加速药物研发进程，提升治疗效果。类器官技术的持续进步也将推动OEVs的发展，提高其产量和质量，增强生理功能，进一步拓宽在生物医学领域的应用范围。希望本研究能凸显这些前沿技术的巨大潜力，激励更多科研人员在该领域开展深入研究与探索。

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