从新冠到流感，类器官让病毒感染不再 “难以捉摸”

摘要：当新冠、流感等呼吸道病毒持续威胁公共健康，传统研究模型的局限日益凸显。而类器官—— 这种由干细胞自我组装形成的 3D“微型器官”，正凭借其高度模拟人体组织的特性，成为病毒研究的新利器。本文将带你了解类器官的起源、构建原理，以及它在新冠、流感等病毒研究中的突破性应用，看这个“实验室里的迷你人体” 如何改写病毒研究与药物研发的未来。

一、病毒研究的困境：传统模型为何 “力不从心”

呼吸道病毒的频繁爆发，让病毒研究和药物研发成为全球公共卫生的重中之重。但长期以来，科研人员一直受困于传统研究模型的不足。

动物模型虽然曾是主流，但实验周期长、存在物种差异，很多在动物身上有效的药物，进入人体后效果大打折扣。更关键的是，高致病性病毒还需要三级生物安全实验室，限制了研究效率。

而常用的 2D 细胞培养，就像在 “平面上养细胞”，缺乏人体组织的立体结构和细胞间信号交流，根本无法复刻病毒在体内的真实感染过程。

当新冠疫情爆发，这些局限更加突出 —— 我们急需一种能快速、精准模拟人体感染的模型，而类器官的出现，恰好填补了这一空白。

二、类器官：不是器官，却 “神似” 器官的科研神器

类器官究竟是什么？简单说，它是由干细胞（包括胚胎干细胞、诱导多能干细胞等）在实验室里自我组织形成的 3D 结构，外形迷你，却能精准复刻对应人体器官的结构和功能。

比如肺部类器官会形成类似肺泡的囊状结构，肠道类器官会出现绒毛状突起，甚至能像真实器官一样分泌黏液、完成物质交换。更神奇的是，它还能保留捐赠者的遗传背景，让个性化研究成为可能。

这种 “神似” 源于干细胞的自我组装能力。就像拼图无需外力就能拼出完整图案，干细胞在特定培养条件下，会自动分化、排列，形成具有生理功能的组织架构，这也是类器官区别于其他 3D 培养的核心优势。

从 1910 年科学家发现海绵细胞能自我重组，到 2009 年首个肠道类器官成功构建，类器官技术历经百年发展，如今已能培育出肺、脑、肠、肝等多种器官模型，成为连接体外实验与人体研究的 “桥梁”。

三、揭秘类器官的 “诞生记”：从干细胞到 “微型器官”

构建一个可用的类器官，就像搭建一座精密的 “生物建筑”，每一步都有严格要求。

首先是 “建材” 选择，常用的干细胞主要有三类：胚胎干细胞（ESCs）、诱导多能干细胞（iPSCs）和成人干细胞（ASCs）。iPSCs 尤其特殊，可由皮肤细胞等体细胞重编程获得，既避免了伦理争议，又能保留个人遗传信息。

接着是 “搭建” 过程，先通过酶解将组织分解为单细胞悬液，筛选出目标干细胞后，接种到模拟细胞外基质的支架中 —— 常用的 Matrigel 或水凝胶，能为干细胞提供生长支撑。

之后就是 “培育” 环节，通过添加特定细胞因子、控制温度、流体力学等物理化学条件，诱导干细胞分化成熟。比如采用气液界面（ALI）培养，能让呼吸道类器官形成类似体内的黏膜屏障（图 1）。

最后还要经过严格 “质检”：通过基因测序验证遗传一致性，用显微镜观察形态结构，检测代谢功能和对刺激的反应，确保类器官能准确模拟人体器官（图 2）。

四、病毒研究的 “新战场”：类器官的硬核应用

在呼吸道病毒研究中，类器官已经展现出不可替代的价值，从病毒入侵机制到药物研发，全方位助力科研突破。

（一）精准复刻病毒感染过程

类器官能模拟病毒在人体的真实感染路径。比如新冠病毒不仅攻击肺部，还会影响肠道、肝脏等多个器官，而对应的类器官模型就重现了这一现象：肺部类器官中，病毒会入侵肺泡细胞引发炎症；肠道类器官则会出现细胞变性、病毒大量复制（图 3）。

研究人员还通过类器官发现，新冠奥密克戎变异株在呼吸道类器官中的复制能力更强，这也解释了其更高的传染性。对于流感病毒、呼吸道合胞病毒（RSV）等，类器官同样能精准展现它们的组织嗜性和致病机制。

（二）加速抗病毒药物筛选

传统药物筛选周期长、成功率低，而类器官能提供更贴近人体的测试平台。将候选药物作用于感染病毒的类器官，可快速评估药物的抗病毒效果和细胞毒性。

在新冠研究中，科研人员通过肺类器官筛选，发现瑞德西韦、巴瑞替尼等药物能有效抑制病毒复制，部分成果已应用于临床。类器官还能模拟药物耐药性，帮助研发更有效的联合用药方案。

（三）助力疫苗研发与个性化医疗

类器官能模拟人体对疫苗的免疫反应，为疫苗优化提供依据。比如扁桃体类器官可重现疫苗诱导的 B 细胞、T 细胞活化过程，帮助评估疫苗的免疫效果。

由于类器官能保留个人遗传信息，还可用于个性化医疗研究。比如不同人对新冠病毒的易感性不同，通过患者自身细胞构建的类器官，能分析遗传因素对感染的影响，为高危人群制定精准防护策略。

（四）突破多器官研究瓶颈

通过微流控技术将不同类器官连接起来，形成 “器官芯片”，能模拟病毒在体内的跨器官传播。比如肺 - 脑芯片就发现，新冠病毒可能通过炎症因子间接损伤血脑屏障，而非直接入侵脑部（图 4）。

这种多器官集成模型，让科研人员能更全面地研究病毒引发的全身反应，为破解 “长新冠” 等复杂病症提供了新工具。

五、未来可期：类器官的挑战与突破方向

尽管类器官优势显著，但目前仍面临一些挑战。比如复杂器官的完整结构难以复刻，肺类器官虽能模拟肺泡功能，却难以重现完整的气道 - 肺泡连接；类器官的培养成本较高，标准化流程也有待完善。

不过这些问题正在逐步解决。科研人员正通过改进支架材料、优化培养条件，提升类器官的成熟度和稳定性；AI 技术的融入，让类器官的形态分析和功能检测更加高效精准。

未来，类器官不仅会成为呼吸道病毒研究的 “标准模型”，还可能用于罕见病研究、再生医学等领域。随着技术不断进步，这个 “实验室里的迷你人体”，终将为人类对抗传染病、守护公共健康提供更强大的支撑。

识别微信二维码，添加生物制品圈小编，符合条件者即可加入

生物制品微信群！

请注明：姓名+研究方向！

本公众号所有转载文章系出于传递更多信息之目的，且明确注明来源和作者，不希望被转载的媒体或个人可与我们联系(cbplib@163.com)，我们将立即进行删除处理。所有文章仅代表作者观不本站。