本书首先介绍了类器官技术的概念、发展历程和应用范围，以及该技术在疾病模型构建和个性化治疗方面的潜在应用。其次，书中对类器官技术的研究进展和应用进行了系统的介绍，包括类器官技术的构建方法、细胞来源、生长和维护条件等方面的内容。最后，书中探讨了类器官技术在疾病模型构建和个性化治疗方面的应用前景和挑战，使用类器官技术模拟疾病的发病机制、病理生理过程等方面的最新成果，以及利用类器官模型进行个性化药物筛选、治疗方案优化等方面的应用。本书适合从事类器官技术研究和应用的科研人员、临床医生和生物医学工程师等相关从业人员阅读，为他们提供最新的知识和技术指导，解决他们在类器官技术研究和应用过程中遇到的问题，同时推动该领域的进一步发展和应用。

译者的话
近十年来，类器官技术在生物医学领域的应用取得了显著进展，标志着该领域进入了一个新的发展阶段。类器官是由成体干细胞或器官祖细胞衍生的三维细胞聚集体，能够在体外自组织形成具有人体相应器官的部分特定功能和结构。由于其人源性和近生理性，类器官技术已成为研究器官发育、疾病模型建立、药物研发和再生医学等领域的重要工具。第一，在疾病模型建立方面，类器官技术为研究复杂的多基因疾病提供了新的平台。例如，利用孤独症患者来源的类器官，研究人员能够揭示特定基因表达异常对神经发育的影响。第二，类器官还被用于模拟传染性疾病，如COVID-19，通过研究病毒与宿主细胞的相互作用，揭示了病毒感染对器官功能的影响。第三，在药物研发领域，类器官模型因其能够更准确地反映人体组织的生理特性，成为药物筛选和毒性测试的重要工具。与传统的二维细胞培养和动物模型相比，类器官能够提供更可靠的药物反应预测，从而提高药物研发的成功率。第四，再生医学是类器官应用的另一个重要领域。类器官技术为组织和器官再生提供了新的可能性。例如，肾类器官的移植实验已经在动物模型中显示出良好的血管化和功能恢复效果。第五，类器官的自体移植策略有望解决传统器官移植中存在的供体短缺和免疫排斥问题。第六，类器官技术与其他前沿技术的结合，如基因编辑、器官芯片和单细胞RNA 测序等，进一步扩展了其应用范围。这些技术的协同作用不仅提高了类器官模型的精度和功能性，而且为疾病机制研究和个性化医疗提供了新的视角。
类器官技术能够模拟正常或病理状态下的器官发育和功能，为疾病模型、药物筛选、再生医学和个性化治疗提供了新的可能性。目前，已经成功培养出多种类器官，包括肠道、肝脏、胰腺、肾脏、脑、视网膜、乳腺、前列腺等，涵盖了人体的主要器官系统。
本书是一本关于类器官技术的专业著作，由国际知名的类器官研究领域的专家撰写。书中详细介绍了类器官的定义、分类、发展历史、优势和挑战、类器官与其他体外模型的比较；类器官的制备方法，包括干细胞来源、培养条件、分化诱导、成熟评估、质量控制等，以及如何利用基因编辑、微流控、生物打印等技术改进和优化类器官的生成和表征。此外，书中还介绍了不同类型的类器官，如肺、脑、生殖系统、骨和软骨等，以及它们在相关领域的研究进展和应用；类器官在疾病模型、药物筛选、再生医学和个性化治疗等方面的应用和展望；类器官在伦理、法律和社会等方面的问题和挑战。
本书的英文原版于2022年由Springer出版，受到了国际学术界的高度评价和推荐。适合从事器官、类器官技术研究和应用的科研人员、临床医生和生物医学工程师等相关从业人员阅读，也适合对器官、类器官技术感兴趣的广大读者阅读。
本书由肖雪、龙勤强、李莎莎主持翻译；第1章由张颖慧翻译，第2章由张铭月翻译，第3章由张彬智翻译，第4章由焦新月翻译，第5章由罗侠翻译，第6章由刘建颖翻译，第7章由向超群、王帆翻译，第8章由覃思意、张妍昕翻译，第9章由李欣怡、马思远翻译，第10章由黄旭聪、王乐琪翻译。李莎莎负责第1、10章的第一次核对，彭桂原负责第2、3章的第一次核对，严诗楷负责第4、5章的第一次核对，肖雪负责第6、7章的第一次核对，龙勤强负责第8、9章的第一次核对；肖雪、龙勤强、李莎莎负责第二次核对；王义明负责主审。
该书内容宽泛，涉及多个系统疾病，因译者学科背景所限，译文欠妥甚至错误之处，恳请同行专家和读者批评指正。

译者
2025年1月10日

巴德鲁尔·希沙姆·亚雅（Badrul Hisham Yahaya），博士,马来西亚理科大学高等医学和牙科研究所首席研究员。2006年获马来西亚理科大学人类遗传学硕士学位。2010年获爱丁堡大学兽医学博士学位。目前担任马来西亚组织工程和再生医学学会（TESMA）的副会长、马来西亚干细胞研究和治疗学会（MSCRT）的董事会成员，印度尼西亚艾尔朗加大学的客座教授。《生物医学和临床科学杂志》的主编，《生物医学研究与治疗（BMRAT）》《全球医疗与健康传播（GMHC）》以及《干细胞和临床应用杂志》的编辑委员会成员。 肖雪，博士，毕业于南开大学，曾就职于中山大学南沙研究院/广州中大南沙科技创新产业园有限公司，任南药集成制造与过程控制技术研究中心副主任。现任广东药科大学副研究员。与清华大学、南开大学、陕西科技大学等高校有多项合作科研项目，同时承担了多项企业委托项目。长期从事近红外光谱技术的理论研究与应用实践，在药品、发酵等领域成功在多条药品生产线实现在线控制研究。采用微型近红外光谱仪开展了对中药材、化学原料药、药品制剂的快速质量检测与评价研究。研究成果发表于JAFC、JIOHS、《中草药》等国内外专业期刊。

第1章 类器官：来源与应用 1
1.0 引言 2
1.1 类器官的来源 2
1.1.1 培养环境的物理特性 3
1.1.2 内源性与外源性信号 3
1.1.3 细胞来源、初始细胞类型和培养条件 4
1.2 类器官的应用 7
1.2.1 类器官作为发育、机体稳态和再生的模型 7
1.2.2 类器官在疾病模型中的应用 7
1.2.3 先天性疾病 7
1.2.4 后天性疾病 8
1.2.5 类器官在药物发现和个性化医疗中的应用 9
1.2.6 类器官在再生医学中的应用 10
1.3 类器官在应用中的挑战与限制以及生物工程学应对方法 10
1.3.1 提高类器官成熟度的方法 11
1.3.2 改善类器官结构的方法 11
1.3.3 改进疾病建模的方法 12
1.4 结语 12
参考文献 13

第2章 肺类器官：肺再生与修复研究的新方法 20
2.1 肺发育、稳态和再生 21
2.1.1 人类肺中的不同细胞群体及其在肺发育中的作用 21
2.1.2 细胞群在肺发育中的作用 23
2.2 肺模型的挑战 25
2.2.1 人类肺的复杂性 25
2.2.2 缺乏肺组织 26
2.2.3 动物模型和人类肺之间的差异 26
2.3 肺类器官的来源 26
2.3.1 从原代干细胞产生的肺类器官 26
2.3.2 由人体多能干细胞生成的肺类器官 29
2.3.3 hPSCs来源和原代干细胞来源的肺类器官模型比较 32
2.3.4 小鼠和人类肺的差异 33
2.3.5 细胞组成 33
2.3.6 组织结构 34
2.3.7 分子特征 34
2.4 肺类器官在肺修复和再生中的潜在应用 34
2.4.1 近端气道修复与再生 35
2.4.2 肺泡修复与再生 37
2.4.3 肺类器官重现肺损伤、修复和纤维化 38
2.4.4 特发性肺纤维化 38
2.4.5 慢性阻塞性肺疾病 39
2.4.6 肺部感染 40
2.4.7 展望:生物工程肺 40
2.5 肺类器官与个性化治疗 41
2.5.1 生物工程肺 41
2.5.2 3D打印促进了精准组织工程发展 42
2.5.3 肺癌类器官模型 42
参考文献 43

第3章 肺类器官：呼吸系统疾病模型的创新技术 54
3.0 引言 55
3.1 肺损伤与修复 55
3.2 肺类器官作为动物模型研究肺部疾病的替代方法 57
3.3 肺类器官生成的最新技术 57
3.4 人体多能干细胞来源的肺类器官 58
3.5 成体干细胞来源的肺类器官 59
3.6 类器官在呼吸系统疾病建模和个性化医疗中的应用 60
3.6.1 传染病 60
3.6.2 遗传病 61
3.6.3 癌症 62
3.7 当前局限性和未来方向 63
参考文献 64

第4章 脑类器官研究最新进展：机遇与挑战 69
4.1 脑类器官的起源 70
4.1.1 神经的命运 70
4.1.2 源自人体和动物模型的脑类器官 73
4.2 脑类器官的机遇 74
4.2.1 神经发育相关疾病 75
4.2.2 阿尔茨海默病 75
4.2.3 帕金森病 76
4.3 脑类器官的挑战 76
4.3.1 生物伦理学 76
4.3.2 生物合理性 79
4.4 结语 80
参考文献 81

第5章 用脑类器官了解神经退行性疾病 86
5.0 引言 87
5.1 脑类器官形成的技术原理 89
5.1.1 因子启动法 90
5.1.2 自我模式化法 91
5.1.3 融合法 92
5.1.4 共培养法 92
5.2 脑类器官和神经退行性疾病 93
5.2.1 阿尔茨海默病 94
5.2.2 帕金森病 94
5.2.3 肌萎缩侧索硬化症 95
5.2.4 其他应用 95
5.3 用于药物开发和个性化医疗的脑类器官 95
5.4 结语 96
参考文献 96

第6章 人类生殖系统中的类器官 103
6.0 引言 104
6.1 生殖类器官的细胞来源 104
6.2 类器官作为女性生殖疾病模型 105
6.2.1 卵巢类器官 105
6.2.2 输卵管类器官 107
6.2.3 子宫内膜类器官 108
6.2.4 宫颈类器官 110
6.2.5 滋养层类器官 110
6.3 类器官作为男性生殖疾病模型 111
6.3.1 睾丸类器官 112
6.3.2 前列腺类器官 113
6.4 生殖类器官在个性化药物中的应用 114
6.5 结语 125
参考文献 125

第7章 软骨和骨再生间充质干细胞球体的制备与应用 130
7.0 引言 130
7.1 间充质干细胞球体 131
7.1.1 间充质干细胞 131
7.1.2 间充质干细胞球体概述 132
7.1.3 骨髓间充质干细胞球体的制备方法 134
7.2 间充质干细胞球体产生骨和软骨微组织 137
7.2.1 间充质干细胞球体软骨组织的生成 137
7.2.2 骨髓间充质干细胞球体生成骨组织 137
7.3 间充质干细胞球体及其衍生软骨在骨再生中的应用 138
7.4 结语 139
参考文献 140

第8章 类器官开发中的生物材料 146
8.0 引言 147
8.1 细胞外基质和类器官 148
8.2 细胞黏附配体 149
8.3 力学性能 149
8.4 基质几何构造 151
8.5 基质降解和重构 151
8.6 应用于类器官发育的生物材料作基质 152
8.7 天然细胞外基质 152
8.7.1 去细胞细胞外基质和水凝胶 152
8.7.2 其他天然生物材料 153
8.8 合成基质 155
8.9 建议和意见 158
8.10 结语 158
参考文献 159

第9章 对类器官基因编辑有效提高对人类疾病的认知 171
9.1 用于神经球类器官的 CRISPR/Cas9 技术 172
9.2 造血系统中的 CRISPR/Cas9 技术的应用 173
9.3 CRISPR/Cas9 技术用于治疗视网膜疾病 175
9.4 CRISPR/Cas9 技术用于心血管疾病 176
9.5 CRISPR/Cas9 在肺癌治疗中的应用 177
9.6 CRISPR/Cas9 系统用于杜氏肌肉营养不良症 178
9.7 类器官中的 CRISPR/Cas9 技术用于未来的个性化治疗 179
9.8 结语 179
参考文献 180

第10章 类器官的伦理影响问题 185
10.0 引言 186
10.0.1 类器官的发展史 186
10.0.2 类器官的应用 187
10.1 类器官的伦理问题 187
10.1.1 哲学基础 188
10.1.2 类器官应用于开发动物疾病模型的优势 189
10.2 干细胞或祖细胞的来源 191
10.2.1 许可的模式 191
10.2.2 基因修饰和精准医学 192
10.2.3 类器官生物库 193
10.3 结语及未来发展方向 194
参考文献 194

本书缩略词表 200