类器官培养与二维细胞培养及动物模型的对比
动物模型是最接近于人类生理，但它们受到成像观察的可达性、混杂变量的存在、吞吐量有限、可用性有限以及动物和人类生物学之间差异的限制[1]。
细胞系的二维培养细胞存在缺陷。例如，它们通常缺乏维持并界定细胞位置所必须的细胞-细胞和细胞-基质相互作用，导致无法模拟组织中存在的细胞功能和信号通路。当在 2D 中培养时，纯化的原代细胞群也会失去其表型。
间质干细胞 (MSC) 或肿瘤细胞的 3D 细胞聚集培养物尽管缺乏体内存在的相关组织，但是仍表现出衍生功能。 3D 模型通常具有与原生器官相似的结构组织、例如来自多个胚层的细胞类型（中胚层和内胚层）[2-4]，以及多个细胞谱系。这些优势使它们成为一种生理上复杂的体外模型，可用于研究发育过程、组织稳态和病理状况。
与传统的二维细胞培养相比，类器官具有许多优势。例如，类器官可以表现出接近生理状态的细胞组成和生理功能，许多类器官可以经历多次增殖并在培养过程中保持基因组的稳定性。具有这些特性的模型特别适合用作生物样本库和高通量筛选。与动物模型相比，类器官模型可以降低实验的复杂性，并使实时成像技术的应用成为可能。动物模型很难准确地模拟人类发育和疾病研究，但类器官模型可以。
1、类器官培养与二维细胞培养及动物模型的比较
| 2D细胞培养 | 3D 类器官 | 动物模型 | |
|---|---|---|---|
| 生理表现 | 差 | 半生理 | 生理 |
| 血管与免疫系统 | 否 | 否 | 是 |
| 高通量筛选 | 是 | 是 | 否 |
| 可操纵性 | 好 | 一般 | 差 |
| 生物库 | 是 | 是 | 是，但只在细胞层面 |
| 基因组编辑 | 是 | 是 | 是，但可能需要再生胚胎干细胞 |
| 建模器官发生？ | 差 | 适用于细胞间通讯、形态发生的研究;降低复杂性 | 是，但往往与复杂的组织环境相混淆 |
| 模拟人类发展和疾病 | 过于简单，较差 | 是 | 是 |
2、人类初代细胞与细胞系的比较
| 人类初代细胞 | 细胞系 | |
|---|---|---|
| 培养 | 需要特殊的培养基或添加剂(如生长因子) 低血清或无血清的标准化培养条件 每种细胞类型的培养条件都不同 |
统一条件，标准化培养 |
| 处理 | 需要精细的技能 | 易保存易操作 |
| 损耗 | 高 | 低 |
| 细胞利用率 | 有限 | 无限 |
| 衰老情况 | 细胞的自我更新能力有限 | 细胞可以在更长的时间内生长和分裂 |
| 识别 | 供体特征确定，细胞保留原组织特征 | 不确定 |
| 测量结果重复性 | 低,存在供体和受体差异 | 高, 类型统一 |
| 生理性 | 需考虑伦理道德 | 不需要考虑伦理问题 |
| 形态 | 显示健康的细胞形态 | 缺乏关键形态特征 |
| 表型 | 根据细胞类型和培养条件，在有限的传代中保持原始表型 | 表型伴随功能改变 |
| 基因组 | 遗传稳定 | 不稳定 |
| 污染情况 | 普遍， 会发生支原体感染，内毒素感染需检测，抗生素影响代谢功能 |
普遍 会与其他细胞交叉感染 |
| 体内相关性 | 高 | 低 |
| 质量 | 表型与验证一致 | 表型需验证 |
参考文献：
[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.
