最近，加州大學(xué)舊金山分校（UCSF）帶領(lǐng)的一個研究小組，開發(fā)出一種技術(shù)來構(gòu)建人體組織的微模型（稱為類器官），他們使用一個比以前更精確的過程，將人類細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)闃犯叻e木的生物等價物。這些長在培養(yǎng)皿中的小型組織，可以用來研究“組織的特定結(jié)構(gòu)特征，如何影響正常生長或出錯癌變”。它們可以用于治療藥物的篩選，并幫助研究人員學(xué)會制備整個人體器官。

這項新技術(shù)被稱為DNA Programmed Assembly of Cells (DPAC)，發(fā)表在八月三十一日的《Nature Methods》，使研究人員能夠制備成千上萬個定制化的類器官，如人類乳腺腺體模型，每一個模型含有幾百個細(xì)胞，可以在大約幾個小時之內(nèi)制備完成。

該論文的資深作者、UCSF藥物化學(xué)副教授Gartner博士說：“這項技術(shù)可以模仿的組織沒有什么限制。我們可以采用我們想要的任何類型的細(xì)胞。我們可以在最早期階段，精確地控制誰在與誰談話，誰接觸誰。然后，細(xì)胞按照這些最初編程的空間線索，來相互作用、移動，并隨著時間的推移發(fā)展成組織。”

Gartner表示：“一個潛在的應(yīng)用是，在未來幾年內(nèi)，我們可以從癌癥患者乳腺的不同組件抽取樣本，并構(gòu)建他們組織的一個模型，用作個性化的藥物篩選平臺。另一種應(yīng)用是，將來有一天，使用我們從這些模型學(xué)到的組織生長規(guī)則，來制備完整的器官。”

我們的身體是由10萬億個細(xì)胞組成，可分為多種不同的種類，每一個細(xì)胞都有其獨特的作用，使我們的身體保持活力和健康。在不同器官系統(tǒng)中，這些細(xì)胞在結(jié)構(gòu)上將自我組織起來的方式，可幫助它們協(xié)調(diào)其驚人的多種行為和功能，保持整個生物機(jī)器運行平穩(wěn)。但是在乳腺癌等疾病中，這個順序的故障，與腫瘤的迅速生長和擴(kuò)散有關(guān)。

Gartner說：“細(xì)胞不是孤獨的小機(jī)器人。它們通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行溝通，做出群體決策。就像在任何復(fù)雜的組織中一樣，你真的需要得到該組織的結(jié)構(gòu)才能獲得成功。在人體組織的背景下，當(dāng)組織失敗時，就為癌癥埋下了隱患。”

但是，研究“復(fù)雜組織（如乳腺）的細(xì)胞是如何自我組織、作出群體決策、疾病的分解等”，一直是研究人員面臨的挑戰(zhàn)。生物體往往太過于復(fù)雜，因此不能確定一種特定細(xì)胞行為的具體原因。另一方面，培養(yǎng)皿中的細(xì)胞缺乏現(xiàn)實三維結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵要素。

Michael Todhunter博士與Noel Jee博士帶領(lǐng)了這項新研究，Michael說：“這項技術(shù)讓我們能夠在培養(yǎng)皿中制備組織的簡單組件，這樣我們就可以很容易地學(xué)習(xí)和操作。它讓我們能夠探索關(guān)于復(fù)雜人體組織的問題，而不需要在人身上做實驗。”

為了詳細(xì)地說明他們這些類器官的三維結(jié)構(gòu)，Gartner的研究團(tuán)隊使用一種熟悉的分子：DNA。研究人員用微小的單鏈DNA片段來培育細(xì)胞，這些DNA被設(shè)計成陷入細(xì)胞的外膜，覆蓋在每一個細(xì)胞上，就像網(wǎng)球的毛。這些DNA作為一種魔術(shù)貼分子和條形碼，能說明類器官內(nèi)的每個細(xì)胞屬于哪里。當(dāng)用互補(bǔ)DNA鏈培育的兩個細(xì)胞接觸時，它們會迅速緊緊固定在一起。如果DNA序列不匹配，細(xì)胞就漂浮在上面。可以用幾組不同的DNA條形碼一起培育細(xì)胞，以說明多個合適的合作伙伴。

為了將這些細(xì)胞積木變?yōu)榭捎糜谘芯康念惼鞴訇嚵校?span lang="EN-US">Gartner的團(tuán)隊將這些細(xì)胞鋪在層面中，設(shè)計多組細(xì)胞粘附到特殊的合作伙伴上。為了證明這項技術(shù)的精度，及其推廣到許多不同組織類型的能力，研究團(tuán)隊制備了幾個原理驗證的類器官陣列，模仿人體組織，如分支血管和乳腺。

在一個實驗中，研究人員制備了乳腺上皮細(xì)胞陣列，并探索“添加一個或多個低水平表達(dá)癌基因RasG12V的細(xì)胞，如何影響其周圍的細(xì)胞”。他們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)在低水平表達(dá)RasG12V的細(xì)胞制備而成的類器官中，正常細(xì)胞生長的更快，但需要一個以上的突變細(xì)胞來啟動這個異常生長。他們還發(fā)現(xiàn)，將低表達(dá)RasG12V的細(xì)胞放置在一管標(biāo)準(zhǔn)細(xì)胞的底部，可讓突變細(xì)胞分支和生長，從而將正常細(xì)胞拉在背后，就像生長的樹枝的尖芽。

Gartner的研究小組，計劃利用這種技術(shù)，來研究“乳腺中發(fā)生了什么細(xì)胞或結(jié)構(gòu)變化，導(dǎo)致了腫瘤轉(zhuǎn)移相關(guān)的組織結(jié)構(gòu)故障，侵入身體的其他部位，并嚴(yán)重威脅患者的生命”。他們也希望利用他們從不同組織類型模型中了解到的知識，最終利用更大規(guī)模的技術(shù)，制備出像肺、腎、神經(jīng)回路等功能性人體組織。

Todhunter說：“構(gòu)建復(fù)雜的蜂窩網(wǎng)絡(luò)，如那些在大腦中存在的結(jié)構(gòu)，可能是你向往的最高的一個挑戰(zhàn)。現(xiàn)在，DPAC似乎可以實現(xiàn)這個崇高的目標(biāo)。”