2006 年，日本科学家山中伸弥（Shinya Yamanaka）首次成功诱导获得诱导多能干细胞（induced pluripotent stem cells, iPSCs），该突破性成果为干细胞生物学领域的理论研究及临床再生医学的转化应用开辟了全新方向，该发现不仅于 2008 年被评为年度十大科学进展之首，更助力其于 2012 年斩获诺贝尔生理学或医学奖。在此基础上，Hans Clevers 团队于 2009 年利用 Lgr5 阳性肠道干细胞（Lgr5⁺ intestinal stem cells）成功构建首个小肠类器官，标志着类器官研究正式进入系统性发展阶段。自那之后，类器官研究论文数量呈爆发式增长。​

图1.类器官的发展历程（Corrò C,et al.2020）

类器官培养技术的核心机制在于体外精准模拟体内生理微环境，通过调控干细胞命运决定信号，促使干细胞在体外定向分化形成具有特定组织器官功能特征的三维结构（Clevers, H. et al., 2016）。这种三维结构可高度模拟人体器官的原位结构与生理功能，涵盖细胞间特异性相互作用、信号通路传导、代谢活动调控等关键生物学过程。相较于传统二维（2D）细胞培养模型，类器官因更贴近体内器官的生理状态，在生物学功能模拟的可靠性及体外实验结果的体内预测性方面展现出显著优势。有报道称，类器官在预测患者疗效中的准确性可达 80% 。该技术的早期阶段，科学家们主要聚焦于建立稳定的体外分化体系。通过不断优化培养条件，如添加特定的生长因子、模拟体内物理和化学信号等，他们成功诱导干细胞分化成多种类型的类器官，如肠道、肝脏和大脑等。现在已经可以构建出多种类型的类器官，包括肝脏、心脏、肺、胰腺等。这些类器官不仅可以用于疾病研究和药物筛选，还可以为器官移植和再生医学提供新的思路和方法。

当下类器官在多种癌症的研究中已经成为必不可少的三维模型。类器官在癌症研究领域中的研究主要包括以下两方面：(1)从患者的标本中，包括手术标本、穿刺标本、循环血细胞，甚至腹水标本中直接提取肿瘤细胞，建立肿瘤类器官生物库，可直接用于患者的肿瘤进展、药物筛选及精准医疗研究。(2)在正常组织中，通过病毒载体结合CRISPR-Cas9等基因编辑方法，敲入或敲除特定癌基因，研究该基因对肿瘤的起始、进展、耐药驱动效果，这对该基因异常表达或突变的人群至关重要，也满足了个体化治疗的需求在病毒载体在类器官研究中的应用中（张宁,等.2022）。当然这面临的技术挑战不容忽视。首先，病毒载体的基因转导效率是一个关键问题。尽管某些病毒载体具有较高的转导效率，但它们的宿主范围有限，且可能引发免疫反应。因此，开发新型病毒载体，如具有更高转导效率和更低免疫原性的载体，是当前的研究重点。

图2 类器官在癌症研究、药物筛选和精准医学领域的应用（张宁,等.2022）

​类器官可以由两种类型细胞产生，一是多能干细胞（PSCs）,二是器官限制性成体干细胞（ASCs）。其中多能干细胞包括胚胎干细胞（Embryonic stem cells, ESCs）、诱导多能干细胞（Induced pluripotent stems cells, iPSCs）。多能干细胞构建的类器官结构更为复杂，而成体干细胞相比多能干细胞，更易建模，但构建的类器官结构相对比较简单。目前常见的类器官生物库有胶质母细胞瘤类器官生物库，Jacob等从53例胶质母细胞瘤患者中建立了70例类器官品系（ Jacob F,et al.2020）。前列腺癌类器官生物库,Gao等(Gao D,et al.2014)通过组织活检从前列腺癌转移病灶中培养保留了患者前列腺癌的多样性。结直肠癌类器官生物库,Fujii等成功建立了55例结直肠癌类器官品系(Fujii M, et al.2016)。乳腺癌类器官生物库,Sachs等从155例乳腺癌标本中建立了95例乳腺癌类器官(Sachs N, et al.2018)。胃癌类器官生物库,Vlachogiannis等通过患者的110例转移性胃肠癌标本创建了类器官生物库(Vlachogiannis G, et al.2018)。膀胱癌类器官生物库 ,Lee等从16例膀胱癌患者中建立了22例膀胱癌类器官品系。胰腺癌类器官生物库 ，Seino等通过39例外科手术、细针抽吸和腹水标本建立了人类胰腺癌类器官生物库。肝癌、胆管癌类器官生物库，2019年，Li等通过对同一患者多点取样的方法，建立类器官生物库。 卵巢癌类器官生物库， Kopper等从32例患者中建立了56例卵巢癌类器官品系（张 宁,等.2022）。此类生物库的建立也为基因治疗的病毒载体准备了更好的实验目标与方向。

图3. 活体类器官生物样本库的开发示意图。（图片来源于网络https://www.crownbio.cn/2022-10-14/）

病毒载体在类器官研究中的应用日益增加，这得益于其独特的种类与特点。病毒载体主要分为腺相关病毒载体（Samarasinghe RA, et al.2021 ）、腺病毒载体、慢病毒载体（Cakir B, et al.  2019 ）和逆转录病毒载体等。各具特点的载体使得它们成为类器官研究中的理想工具。以腺相关载体为例，在过去的20年多年中，基于AAV载体的基于治疗在临床转化中的相关性不断提高，目前占全球基因治疗临床试验的8.1%。Wei等在导管类器官中利用AAV-DJ载体转导16种肝细胞富含转录因子，随后进行肝细胞分化诱导。从而筛选确定了HOPX（同源域特有蛋白同源框）、TBX15（T-box 15）和TFCP2L1（转录因子CP2样1）是肝细胞分化的主要调节因子。（Wei J，et al.2019）目前类器官已被被广泛地应用于模拟人类疾病的研究，以迅猛的态势成为了研究热点。尤其是在肿瘤癌症模型中，类器官较其他模型有着很强的优势。尤其结合基因编辑技术，对揭示疾病发生发展的机制、快速评估肿瘤药物以及免疫细胞的治疗效果等方面意义重大。

图4 AAV-DJ载体能高效转导肝导管类器官(Wei,et al.2019)

病毒载体在类器官中的研究日新月异，科研工作者Wang X等利用培养18d大鼠胎脑类器官。将成熟的GBM（胶质母细胞瘤）-脑类器官共培养体外慢病毒侵袭系统（LV-shNONO/LV-NONO-OE/LV-shNC/LV-NC）共培养72h后进行检验。确定了NONO在GBM发生中的潜在作用，研究人员通过siRNA和shRNA敲低细胞中的NONO。体外实验证明NONO的丢失会导致GBM细胞系（U251）和GBM患者来源的原代细胞（P3）增殖减少，迁移与侵袭能力降低，并且细胞发生凋亡。整个实验通过体内体外实验证明了剪接因子NONO的过表达（慢病毒）促进了GBM的进展，而抑制NONO（慢病毒、shRNA）会导致GPX1中内含子的保留，进而导致ROS增加，细胞凋亡和侵袭抑制(Wang X,et al.2022)。Samarasinghe RA 等利用滴度为(1.98E+13vg/mL，5μL）。AAV1-CAG-tdTomato成功标记神经节隆起类器官。利用AAV1-Syn-GCaMP6f-WPRE-SV40成功感染皮质+神经节隆起类器官，皮质-神经节隆起（Cx+GE）由H9 hESC或是Rett hiPSCs细胞系产生（Samarasinghe RA,et al.2021）

图5. 敲除NONO可抑制GBM细胞的增殖和侵袭，促进细胞凋亡(Wang X,et al.2022)

Wang X等(Wang X,et al.2022)通过两种不同的肠类器官GBO-819（MUC2−REG4−）和GBO-831（MUC2+REG4+）。利用慢病毒LV-GFP/LV-KRASG12D-GFP（过表达）揭示了KRAS信号通路在肠化生性胆囊上皮的肿瘤发生中起关键作用。Meyer-Berg 等从多种AAV血清型筛选转导肺芽类器官（LBOs）的能力的血清型，得出2型，6型及6型变体有较好感染效果(Meyer-Berg H,et al.2020)。

图6.腺相关病毒不同血清型感染组织特异性 (Meyer-Berg H,et al.2020)

还有诸如正常乳腺组织类器官中利用慢病毒转导表达靶向的案例。综上案例表明病毒载体（AAV、慢病毒等）是类器官研究的核心工具：AAV 具组织特异性及高临床转化价值，慢病毒应用场景更广泛，可通过基因编辑 / 示踪助力肿瘤发生机制（如 NONO、KRAS 通路）及细胞分化（如肝细胞）研究。未来需突破载体转导效率、免疫原性等技术瓶颈，二者结合将进一步推动精准医疗、再生医学及疾病机制研究的发展。