东京农工大学研究生院工学研究科生体医用系统工程专业角谷绫夏博士生和工学研究院尖端物理工学部门吉野大辅副教授，以及日本国立物质和材料研究机构（NIMS）早濑元主任研究员共同确立了一种模拟肾小球的类器官基本单元的制备方法，并证实通过组合这些单元可再现复杂器官的结构。研究团队还证实了组合后的单元可像组织一样成熟。这一研究成果有望推动移植用肾脏和实物大小的人体肾脏类器官的开发。相关研究成果已发表在国际学术期刊《APL Bioengineering》2024年11月26日刊上。
图1：通过组合多个类器官单元，能够轻松构建出大型且复杂的形态。(a)由4个圆柱形单元串联组成的结构；(b)将串珠型和圆柱型的类器官单元组合而成的复合体。本图根据论文（Kadotani et al,2024.APL Bioengineering,8,4,046112），由吉野等人修改制作而成（供图：东京农工大学）
由于器官移植需求长期超过可供移植器官的数量，基于3D培养技术的类器官被寄予厚望，作为移植器官的替代方案，这些类器官能够部分模仿人类器官的结构和功能。
器官的构造分为完成器官特定功能的实质部分，和支撑实质结构并调控功能的间质部分。成功再现器官结构与功能的关键在于同时再现二者。然而，传统肾类器官的研究多集中于实质部分，结果往往不成熟，且规模较小。
此次，研究团队创新性提出一种“像搭建积木或模块化玩具”那样的组装肾类器官的新方法。
研究人员将器官按结构和功能分解为基本单元，每个单元仅几毫米大小，然后通过组合这些单元实现实物大小的肾类器官构建。与传统方法相比，这种方法使得有效提高类器官尺寸成为可能。
研究团队已成功制作出圆柱、球壳和串珠等复杂形状的类器官单元。将这些单元三维组合，确认到能轻松再现复杂结构。
研究还观察到，在含有血管内皮细胞的蛋白溶液中，将多个类肾小球的类器官单元实现了组合，血管内皮细胞在单元之间形成了微小的血管网络。这表明类器官单元之间通过血管网络实现了相互联系，具备进一步成熟为复杂组织的潜力。
研究团队的未来目标是优化单元的排列，并通过对细胞施加刺激，推动细胞成熟，最终构建实物大小的肾类器官。
今后的课题是构建血管网络
角谷绫夏表示：“本研究是‘由人类亲手制造器官’愿景的关键一步，如同科幻作品一般。此前的iPS细胞来源类器官只关注了功能，因此只能模仿胚胎阶段的器官。我们希望通过该方法，在秉持‘器官形态创造功能’的理念下，逐步接近再现更复杂的生体组织。未来，我们计划致力于解决再生医疗中至关重要的‘分层血管网络的构建’课题。”
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
期刊：APL Bioengineering
论文：Geometrically engineered organoid units and their assembly for pre-construction of organ structure
DOI：doi.org/10.1063/5.0222866
