
先区分五类三维骨模型
“骨类器官”被用于描述多种三维骨培养体系,但这些体系的组织来源和功能并不相同。复旦大学研究者发表于 Materials Today Bio 的综述,提出五类操作性分类:成骨球状体、骨样微组织、工程化骨构建体、骨类器官,以及高保真骨类器官。分类依据是实际报告的生物学特征。
其中,成骨球状体可有细胞聚集、成骨标志或矿化染色;骨样微组织进一步显示细胞产生的类骨质或受控矿化。工程化骨构建体则由外部支架、设计几何或材料力学较大程度地决定组织。它可以具有复杂结构和特定功能,但其组织形成方式与自组织类器官不同。
类器官需要出现细胞自身产生的组织和动态功能
按照作者的框架,骨类器官应形成超过简单聚集的组织结构,产生自身胶原或类骨质,并能区分细胞主动沉积的矿物与材料原有矿物。同时,至少需要一种动态骨相关功能,例如受调控的基质形成、骨形成与吸收的配合,或对机械刺激的反应。
更高保真的模型还应同时提供分层基质成熟、骨形成与吸收相互配合,以及可控力学响应的证据。作者并未把血管、神经、免疫和骨髓组成一概列为所有模型的最低要求,而是根据研究用途决定是否需要这些进阶特征。五类模型也不是人人都须沿同一路径升级的成熟度阶梯。
矿化染色和打印形状各有解释范围
骨模型常包含矿物或支架材料,因此矿化信号需要有相应对照。观察到钙沉积,不能直接说明细胞形成了新的骨样组织;应进一步追踪细胞产生的基质、矿化位置和时间变化。力学测试也需要区分支架本身的贡献与培养过程中组织成熟带来的变化。
三维打印能够控制初始几何、细胞放置和运输通道,但这些制造特点不能代替后续自组织、骨重建或功能成熟。综述指出,现有代表性模型往往只重现骨生物学的一部分,尚没有一个同时满足作者列出的全部高保真特征。
药物评价要按疾病与作用过程选择终点
用于骨代谢疾病时,模型能否同时反映骨形成和骨吸收,比只看一项过程更重要。用于骨肿瘤或骨转移时,基质、宿主细胞和肿瘤组成会影响侵袭及治疗反应。综述据此讨论区域活性、基质形成或丢失、破骨细胞活动、血管损伤和处理后恢复等不同终点。
文章举例介绍了软骨肉瘤类器官对 SHH 通路抑制剂的反应,以及肉瘤类器官库中的药筛,说明疾病背景与药物作用过程需要一起考虑。这些案例属于综述对既有研究的整理,不能用其中一项成功结果为所有骨类器官的临床预测能力背书。
用于筛选的模型还要证明批次间可比
当模型用于更多候选物的比较时,缩小培养单元、自动成像和标准化起始材料,需要配合明确的质量阈值。综述将产出率、大小分布、区域活性、基质和矿物成熟度,以及具体用途所需的功能指标,列为应分别记录的项目;形态不完整的模型也需要有预先确定的排除规则。
这套分类目前仍是作者提出的评估框架。体外疾病模型、药物筛选体系和用于植入的治疗构建体,面对的验证任务不同。对药物研究读者而言,它提供的是更具体的模型选择和结果解释依据;具体应用仍需各自完成相应验证。