我們身體的器官是複雜的 3D 結構,由多種組織類型組成,所有組織相互作用,在維持我們生命方面發揮特定作用。
為了了解它們如何發育、發揮作用以及有時會失效,科學家常常被迫在它們停止生長很久之後以保存狀態對它們進行研究。
隨著新型生物模型的進步,這一切都在改變。 類器官。
什麼是類器官?
類器官是在活體外部創建的器官的小型、簡化的 3D 副本,通常生長透過治療組織組合或幹細胞含有鼓勵它們分化和自組織的營養物質和化學訊號(生長因子)。
這些複製品的尺寸通常從一根頭髮的寬度到幾毫米(一英寸的幾分之一)不等,遠遠不能實現原始器官的全部功能; 但根據它們的設計方式,它們可以分解並生產類似的材料,甚至模仿它們在真實身體內的行為來生長。
類器官如何發揮作用?
開發類器官的目的往往是研究在動物模型中不容易看到的目標器官的特定特徵,使研究人員能夠更好地控制分離活體的功能組織,並允許他們密切觀察特定的變化以及發展的順序。
儘管研究人員一直鼓勵複雜的組織排列在體外培養物中在實驗室設備中生長至少在20世紀初, 進步幹細胞研究使研究人員能夠在實驗室中創造更接近模仿不斷變化的體內條件的條件。
到2006年科學家們成功地在玻璃器皿中製造了一種微小的、有血管的肝臟,它可以持續發揮作用大約兩個月。 各種各樣的幹細胞衍生類器官很快出現,為了解幹細胞部分的發育和功能提供了見解。腸子,腎臟,心,眼睛, 和甚至大腦。
我們可以用這種方式培育整個器官嗎?
類器官目前被用作研究疾病發展的工具,例如癌症或神經系統疾病,或各種生長因子的影響,其他化學物質(有毒的和治療性的)的影響。
隨著器官複雜性的增加以及化學和物理與其他組織和器官的接近度的微妙影響的增加,模仿器官發育的能力變得越來越困難。 如果沒有免疫系統的整合和血管的適當擴散,例如,很少有人會成長為正確的形狀或採用正確的結構。 缺乏通過血管的營養供應也限制了它們的大小。
這些挑戰限制了我們對類器官進行研究的深度以及我們使用它們作為器官替代品的能力。
理論上,我們對類器官發育的了解可以用來改善未來可移植組織的產生。 研究人員已經在尋找克服限制的方法,透過開發變通辦法,在先前單獨培養類器官。將它們結合起來或者使用格子提供賦予組織形狀的框架。
大腦類器官符合倫理嗎?
在培養皿中生長出毛茸茸的皮膚組織層或代謝性的肝臟滑行可能會讓一些人感到不舒服,但只有類器官心臟組織的跳動或類器官大腦皮層產生的脈衝才會引起倫理道德的考慮。
培養大腦類器官的倫理學正在慢慢吸引人們曾經只關注胚胎發育問題的關注。 「人類」神經組織的活動什麼時候才夠?
一方面,類器官為神經發育模型提供了急需的洞察力,使我們能夠更好地理解諸如老年癡呆症疾病或自閉症。
然而,他們遵循反映實際情況的傾向胚胎神經系統,甚至閃爍著我們可能看到的那種波浪正在形成的大腦,對於個人自主性的定義,存在著與哲學和道德關注重疊的問題。
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