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类器官共培养技术:打通再生医学与药物研发的精准建模新通路

发布日期:2026-09-07 信息来源: Excell Bio




前言


类器官作为再生医学领域的核心工具,已实现人体多种组织器官的体外三维重构。但单一类器官模型缺少细胞互作、血管、基质、免疫等微环境组分,限制了药物药效、毒理评价的预测可靠性。类器官共培养技术,将不同细胞类型、多类器官体系进行体外组合,搭建更贴近人体真实生理与病理状态的体外模型,架起再生医学基础研究通往新药研发转化的关键桥梁。



 图1:类器官共培养搭建仿生体外模型



1、从单一类器官到共培养:弥补体外建模的核心短板


依托干细胞自组装特性,类器官可以在体外复刻器官的关键结构与功能,为再生医学机制解析、疾病建模提供强大工具。但传统单一类器官培养体系仍存在明显局限:多数模型以上皮细胞为主,缺失基质细胞、血管网络、免疫细胞等关键组分,器官之间的信号交互无法重现,与人体内复杂微环境存在差距。


在药物研发过程中,二维细胞模型与动物模型长期面临物种差异、临床转化率偏低的痛点。很多化合物在临床前阶段表现理想,进入临床试验后却出现药效不足、脱靶毒性等问题。究其原因,体外模型无法完整还原人体内部细胞细胞、细胞基质之间的动态互作,是重要影响因素。


类器官共培养技术的出现,恰好解决这一矛盾。它基于再生医学的组织构建理念,将类器官与免疫细胞、基质细胞、血管内皮细胞共培养,或是实现不同器官类器官的多系统联动,在体外重建仿生微生态。不再仅仅复刻器官本身,更还原器官所处的生存环境,让体外模型能够更真实响应药物刺激,大幅提升药物筛选、毒理评估的参考价值。



2、类器官共培养:赋能药物研发全链条





 图2:类器官共培养模型的未来研究方向和应用示意图(图源:文献1)


再生医学聚焦组织修复、器官重构;而药物研发需要可靠的人体源模型完成化合物评价。类器官共培养成为二者交叉融合的核心载体,覆盖新药研发多个关键环节:


①药效学评价与高通量药物筛选


通过共培养重构组织微环境,模拟炎症、纤维化、肿瘤等病理状态,评估候选药物对靶组织的作用效果。例如肺类器官与免疫细胞共培养,可用于呼吸道炎症药物、抗病毒药物药效评估;肠道类器官共培养体系可用于肠道疾病药物、菌群药物互作研究;肝脏类器官共培养体系可以评估药物对肝组织的修复或者损伤效应,助力肝病新药开发。




 图3:类器官-免疫细胞共培养体系示意,用于药物药效评估(图源:文献2)



② 药物 ADMET 与器官特异性毒理研究


药物进入体内会经过代谢、转运,还会产生多器官连锁毒性。共培养模型可以引入血管组分,构建多器官交互体系,模拟药物代谢过程,识别肝毒性、肾毒性、神经毒性等脱靶风险,提前淘汰高风险候选分子,降低后期临床失败概率。



 图4:多器官联动共培养模型模拟药物体内代谢与多器官毒性(图源:文献3)



③ 机制研究与个性化药物探索 


结合 iPSC 来源类器官,可构建携带特定遗传背景的疾病模型;搭配免疫共培养,解析免疫治疗药物作用机制,评估免疫检查点抑制剂、细胞治疗的响应差异,为个体化用药研究提供实验支撑。


④ 衔接再生医学转化研究


共培养体系也可用于评估细胞治疗、组织工程产品的安全性与功能,打通 “再生基础研究体外药效验证药物开发” 的通路,推动再生医学成果向创新药物落地转化。


相较于传统模型,类器官共培养兼顾人源真实性与实验可控性,可部分减少动物实验依赖,为临床前研究提供新的技术路径。当然该技术仍存在模型成熟度、标准化、批次稳定性等挑战,也是行业持续优化的方向。



3、行业展望:共培养驱动类器官技术走向产业化


随着再生医学与药学交叉不断加深,单纯的单类器官模型已经难以满足复杂药物研发需求。类器官共培养、多器官联动模型,会成为未来体外生理模型的重要发展方向。


未来一方面需要持续优化分化与共培养工艺,提升模型成熟度、实验重复性;另一方面需要建立标准化评价体系,打通类器官实验数据与临床结果的关联,真正释放人源类器官模型在新药研发中的价值。


类器官技术不只是实验室的科研工具,正在逐步走向产业落地。依托高质量类器官构建能力,结合共培养技术创新,将持续为创新药研发、再生医学转化提供有力支撑。



文末小贴士


如果您有类器官构建、共培养模型开发、药物筛选相关需求,欢迎联系依科赛技术团队开展技术交流。依科赛依托干细胞与 3D 培养技术积累,可提供多组织类器官定制构建服务,支持原代衍生、iPSC 衍生两种技术路径,可用于后续开展共培养建模、药物筛选、毒理评价等研发工作:


  • 呼吸道和肺类器官:原代衍生 /iPSC 衍生,适配呼吸道疾病、吸入药物、病毒感染模型构建。


  • 肠道类器官:原代衍生 /iPSC 衍生,用于肠道屏障、炎症、宿主微生物互作研究。


  • 肝脏类器官:原代衍生 /iPSC 衍生,药物代谢、肝损伤、肝病药物评价。


  • 脑类器官:iPSC 衍生,神经发育、神经毒性、中枢药物评估。


  • 肾脏类器官:iPSC 衍生,肾毒性、肾脏疾病模型。


  • 血管类器官:iPSC 衍生,血管损伤、血管化共培养模型构建。


  • 皮肤(角质层上皮)类器官:皮肤屏障、外用药物、皮肤毒性评价。



本文作者介绍:依科赛研发科学家


任职于依科赛未来研究院,负责无血清培养基研发工作,聚焦间充质干细胞培养体系开发与配方迭代优化,开展培养基组分筛选、细胞功能验证、工艺稳定性评估等工作;负责培养基组分筛选、细胞功能学验证、生产工艺稳定性评估等核心研发任务;具备干细胞原代分离、体外扩增、类器官构建及细胞质量评价全链条实验实操经验。


参考文献


  1. 谭邓旭,马一凡,刘可,等。重塑细胞间互动:类器官共培养模型赋能疾病机制与治疗探索 [J]. 实验动物与比较医学,2025,45 (3):309317.


  2. Mukherjee S, et al. Human organoids with an autologous tissue‑resident immune compartment. Nature. 2024; doi:10.1038/s41586‑024‑07791‑5.


  3. Ramme AP, Koenig L, Hasenberg T, et al. Autologous induced pluripotent stem cellderived fourorganchip. Future Sci OA. 2019 Sep 10;5(8):FSO413.