類器官培養與二維細胞培養及動物模型的對比
動物模型是最接近于人類生理，但它們受到成像觀察的可達性、混雜變量的存在、吞吐量有限、可用性有限以及動物和人類生物學之間差異的限制[1]。
細胞系的二維培養細胞存在缺陷。例如，它們通常缺乏維持并界定細胞位置所必須的細胞-細胞和細胞-基質相互作用，導致無法模擬組織中存在的細胞功能和信號通路。當在 2D 中培養時，純化的原代細胞群也會失去其表型。
間質干細胞 (MSC) 或腫瘤細胞的 3D 細胞聚集培養物盡管缺乏體內存在的相關組織，但是仍表現出衍生功能。 3D 模型通常具有與原生器官相似的結構組織、例如來自多個胚層的細胞類型（中胚層和內胚層）[2-4]，以及多個細胞譜系。這些優勢使它們成為一種生理上復雜的體外模型，可用于研究發育過程、組織穩態和病理狀況。
與傳統的二維細胞培養相比，類器官具有許多優勢。例如，類器官可以表現出接近生理狀態的細胞組成和生理功能，許多類器官可以經歷多次增殖并在培養過程中保持基因組的穩定性。具有這些特性的模型特別適合用作生物樣本庫和高通量篩選。與動物模型相比，類器官模型可以降低實驗的復雜性，并使實時成像技術的應用成為可能。動物模型很難準確地模擬人類發育和疾病研究，但類器官模型可以。
1、類器官培養與二維細胞培養及動物模型的比較
| 2D細胞培養 | 3D 類器官 | 動物模型 | |
|---|---|---|---|
| 生理表現 | 差 | 半生理 | 生理 |
| 血管與免疫系統 | 否 | 否 | 是 |
| 高通量篩選 | 是 | 是 | 否 |
| 可操縱性 | 好 | 一般 | 差 |
| 生物庫 | 是 | 是 | 是，但只在細胞層面 |
| 基因組編輯 | 是 | 是 | 是，但可能需要再生胚胎干細胞 |
| 建模器官發生？ | 差 | 適用于細胞間通訊、形態發生的研究;降低復雜性 | 是，但往往與復雜的組織環境相混淆 |
| 模擬人類發展和疾病 | 過于簡單，較差 | 是 | 是 |
2、人類初代細胞與細胞系的比較
| 人類初代細胞 | 細胞系 | |
|---|---|---|
| 培養 | 需要特殊的培養基或添加劑(如生長因子) 低血清或無血清的標準化培養條件 每種細胞類型的培養條件都不同 |
統一條件，標準化培養 |
| 處理 | 需要精細的技能 | 易保存易操作 |
| 損耗 | 高 | 低 |
| 細胞利用率 | 有限 | 無限 |
| 衰老情況 | 細胞的自我更新能力有限 | 細胞可以在更長的時間內生長和分裂 |
| 識別 | 供體特征確定，細胞保留原組織特征 | 不確定 |
| 測量結果重復性 | 低,存在供體和受體差異 | 高, 類型統一 |
| 生理性 | 需考慮倫理道德 | 不需要考慮倫理問題 |
| 形態 | 顯示健康的細胞形態 | 缺乏關鍵形態特征 |
| 表型 | 根據細胞類型和培養條件，在有限的傳代中保持原始表型 | 表型伴隨功能改變 |
| 基因組 | 遺傳穩定 | 不穩定 |
| 污染情況 | 普遍， 會發生支原體感染，內毒素感染需檢測，抗生素影響代謝功能 |
普遍 會與其他細胞交叉感染 |
| 體內相關性 | 高 | 低 |
| 質量 | 表型與驗證一致 | 表型需驗證 |
參考文獻：
[1] Shanks N, Greek R, Greek J. Are animal models predictive for humans [J]? Philos Ethics Humanit Med. 2009;4:2.
[2] Spence JR, Mayhew CN, et al. (2011) Directed differentiation of human pluripotent stem cells into intestinal tissue in vitro [J]. Nature 470:105–109.
[3] McCracken, KWCatá EM, et al. (2014) Modelling human development and disease in pluripotent stem-cell-derived gastric organoids [J]. Nature 516:400–404.
[4] Wells JM and Spence JR. (2014) How to make an intestine [J]. Development 141:752–760.
