東京農工大學研究生院工學研究科生體醫用系統工程專業角谷綾夏博士生和工學研究院尖端物理工學部門吉野大輔副教授，以及日本國立物質和材料研究機構（NIMS）早瀨元主任研究員共同確立了一種模擬腎小球的類器官基本單元的製備方法，並證實通過組合這些單元可再現複雜器官的結構。研究團隊還證實了組合後的單元可像組織一樣成熟。這一研究成果有望推動移植用腎臟和實物大小的人體腎臟類器官的開發。相關研究成果已發表在國際學術期刊《APL Bioengineering》2024年11月26日刊上。
圖1：通過組合多個類器官單元，能夠輕鬆構建出大型且複雜的形態。(a)由4個圓柱形單元串聯組成的結構；(b)將串珠型和圓柱型的類器官單元組合而成的複合體。本圖根據論文（Kadotani et al,2024.APL Bioengineering,8,4,046112），由吉野等人修改製作而成（供圖：東京農工大學）
由於器官移植需求長期超過可供移植器官的數量，基於3D培養技術的類器官被寄予厚望，作為移植器官的替代方案，這些類器官能夠部分模仿人類器官的結構和功能。
器官的構造分為完成器官特定功能的實質部分，和支撐實質結構並調控功能的間質部分。成功再現器官結構與功能的關鍵在於同時再現二者。然而，傳統腎類器官的研究多集中於實質部分，結果往往不成熟，且規模較小。
此次，研究團隊創新性提出一種「像搭建積木或模組化玩具」那樣的組裝腎類器官的新方法。
研究人員將器官按結構和功能分解為基本單元，每個單元僅幾毫米大小，然後通過組合這些單元實現實物大小的腎類器官構建。與傳統方法相比，這種方法使得有效提高類器官尺寸成為可能。
研究團隊已成功製作出圓柱、球殼和串珠等複雜形狀的類器官單元。將這些單元三維組合，確認到能輕鬆再現複雜結構。
研究還觀察到，在含有血管內皮細胞的蛋白溶液中，將多個類腎小球的類器官單元實現了組合，血管內皮細胞在單元之間形成了微小的血管網路。這表明類器官單元之間通過血管網路實現了相互聯繫，具備進一步成熟為複雜組織的潛力。
研究團隊的未來目標是優化單元的排列，並通過對細胞施加刺激，推動細胞成熟，最終構建實物大小的腎類器官。
今後的課題是構建血管網路
角谷綾夏表示：「本研究是‘由人類親手製造器官’願景的關鍵一步，如同科幻作品一般。此前的iPS細胞來源類器官隻關注了功能，因此只能模仿胚胎階段的器官。我們希望通過該方法，在秉持‘器官形態創造功能’的理念下，逐步接近再現更複雜的生體組織。未來，我們計劃致力於解決再生醫療中至關重要的‘分層血管網路的構建’課題。」
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
期刊：APL Bioengineering
論文：Geometrically engineered organoid units and their assembly for pre-construction of organ structure
DOI：doi.org/10.1063/5.0222866
