特刊：隨著設(shè)計(jì)遭遇的挑戰(zhàn)得到解決，

類器官可開辟生物醫(yī)藥的前沿

《科學(xué)》的一期特刊介紹了4則綜述文章，它們闡釋了類器官技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)研究中開辟新前沿的方式，例如，該技術(shù)能對來自具體患者的細(xì)胞進(jìn)行抗癌藥物測試。隨著該技術(shù)的拓展，研究人員正在努力解決未得到滿足的需求，其中包括與類器官的生產(chǎn)、控制和其微環(huán)境分析等相關(guān)的問題。

在第一則《綜述》文章中，Hans Clevers和David Tuveson講述了為期10年的應(yīng)用類器官進(jìn)行的癌癥研究。Clevers在相關(guān)的視頻中說：“這令科研人員第一次能從許許多多病人身上采集少量的腫瘤樣本，在實(shí)驗(yàn)室中培養(yǎng)它們，將它們構(gòu)建成...一個(gè)活的生物數(shù)據(jù)庫。”該生物數(shù)據(jù)庫可替代動物研究。用這種方式研發(fā)的癌癥類器官能對具體癌癥患者進(jìn)行個(gè)體藥物樣本測試，或在該類器官中制造癌性突變以理解其對疾病的具體促成作用。

Clevers在視頻中對免疫細(xì)胞如何在最近被認(rèn)為對抗癌藥物研發(fā)特別重要進(jìn)行了討論。Clevers說：“類器官如今第一次提供了這樣的可能性：從病人體內(nèi)取得癌細(xì)胞和免疫細(xì)胞，將它們共置于某個(gè)腫瘤類器官內(nèi)，對如何刺激免疫細(xì)胞去殺滅癌細(xì)胞進(jìn)行研究。”

在本特刊的另一則《綜述》文章中，Sunghee Estelle Park、Andrei Georgescu、Dongeun Huh和同事對將類器官與芯片上器官技術(shù)進(jìn)行整合會如何令類器官更可能被應(yīng)用于生物醫(yī)藥——包括對無法在人體中進(jìn)行測試的場景進(jìn)行測試。盡管類器官能比芯片上器官技術(shù)更準(zhǔn)確地建模人類機(jī)體，但類器官會以高度可變的方式發(fā)育，令其難以進(jìn)行對照控制。

Huh在一則相關(guān)的視頻中說：“我們能非常精準(zhǔn)地用芯片上器官裝置來控制在其微環(huán)境中的這些細(xì)胞。”Huh說：“令人信服的是將類器官的真實(shí)生理情況與芯片上器官技術(shù)的對照和復(fù)現(xiàn)性結(jié)合來研發(fā)一種更先進(jìn)的系統(tǒng)，后者能兼收并蓄兩者之長。”在該視頻中，他講述了他的研究所最近在國際空間站啟動的某個(gè)芯片上器官技術(shù)，旨在用其研究宇航員在太空飛行時(shí)如何及為什么變得容易受到感染。

本特刊第三則由Takanori Takebe和James M. Wells撰寫的《綜述》文章重點(diǎn)介紹了目前類器官設(shè)計(jì)的一個(gè)挑戰(zhàn)：以可控方式在類器官中構(gòu)建細(xì)胞的復(fù)雜性。作者說，下一世代的類器官將會要求一種基于工程的敘述設(shè)計(jì)，旨在控制類器官的圖案結(jié)構(gòu)、裝配、形態(tài)發(fā)生、生長和功能。

由Marti Shahbazi、Eric D. Siggia和Magdalena Zernicka-Goetz撰寫的第四則《綜述》文章對創(chuàng)建源于干細(xì)胞的類器官樣胚胎構(gòu)造如何能克服胚胎發(fā)育研究中的困難進(jìn)行了討論。

本文有來自中科院青促會成員的詳細(xì)述評，請見推送第四條

據(jù)一項(xiàng)對29種不同的人類組織的超過6700個(gè)樣本所進(jìn)行的綜合性RNA測序分析揭示，正常細(xì)胞群可能并非曾經(jīng)認(rèn)為的那樣“正常”；相反，細(xì)胞組織會終其一生發(fā)展出拼圖樣的突變模式。

研究發(fā)現(xiàn)，體細(xì)胞突變（包括那些與罹癌風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)的基因突變）會出現(xiàn)于人體中幾乎每種類型的正常組織。更重要的是，這些結(jié)果表明，接觸陽光的皮膚、喉部和肺組織會發(fā)生更多的突變，提示環(huán)境因素或會能促成體細(xì)胞突變。隨著人的年齡增長，他們的正常組織的健康細(xì)胞中會有突變累積。一般而言，被動累積的這些突變對細(xì)胞行為的影響可忽略不計(jì)。然而，變異細(xì)胞會長成有害的變異克隆群，后者被認(rèn)為是數(shù)種疾病的源頭。

盡管先前的研究將正常組織內(nèi)的克隆擴(kuò)增與癌癥掛鉤，但哪些特異性克隆最終會導(dǎo)致疾病的發(fā)生與發(fā)展則仍不清楚。為探索正常組織的突變多樣性，Keren Yizhak和同事研發(fā)了一種新的方法，它能用RNA測序（RNA-seq）數(shù)據(jù)檢測正常組織中的突變克??；這種被命名為RNA-MuTect的方法是一種計(jì)算流程——與先前所用的方法不同，它能在正常組織中識別每個(gè)表達(dá)基因中的突變克隆，而非僅限于一小組表達(dá)基因。

將這種方法應(yīng)用于來自癌癥基因組圖譜（Cancer Genome Atlas）和基因型-組織表達(dá)（Genotype-Tissue Expression ，GTEx）項(xiàng)目的RNA-seq數(shù)據(jù)，作者在37%的組織樣本中發(fā)現(xiàn)了克隆擴(kuò)增，這些樣本代表了幾乎所有的（95%）捐贈個(gè)體。有三分之一的人在其基因組區(qū)域或基因中含有已知會有致癌作用的突變。

這些結(jié)果顯示，某個(gè)組織的突變載荷與年齡、細(xì)胞增殖率及接觸外部致突變環(huán)境因子有關(guān)。在指出Yizhak等人的結(jié)果對癌癥未來研究的意義時(shí)，Cristian Tomasetti在相關(guān)的《視角》中寫道：“通過游離DNA早期發(fā)現(xiàn)癌癥方法的前景嚴(yán)重依賴于對何為正?；虍惓５牧私?/span>”。 

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據(jù)新的研究披露，星際磁場或能將相距遙遠(yuǎn)的星系團(tuán)連接起來；該報(bào)告稱，在一個(gè)連接兩個(gè)正在合并的星系團(tuán)的宇宙暗條網(wǎng)中第一次發(fā)現(xiàn)了巨大的發(fā)出無線電波的等離子體脊。

據(jù)作者披露，這些結(jié)果對目前的在這些廣袤星際空間中的粒子加速理論提出了挑戰(zhàn)。星系團(tuán)是宇宙中最巨大的組分，其所包含的星系在數(shù)十至數(shù)百個(gè)之間，所涉質(zhì)量巨大?？缭竭@些星系團(tuán)間空間的是組成巨大宇宙網(wǎng)的暗條。星系團(tuán)形成于暗條連接處，并隨著它們的合并而通過集納宇宙物質(zhì)成長，后者會產(chǎn)生可被觀測到的作為磁場和相對論粒子發(fā)射的能量。

為確定類似的磁場和相對論粒子是否以宇宙規(guī)模存在，Federica Govoni和同事用低頻陣列（LOFAR）射電望遠(yuǎn)鏡對ABELL 0399和ABELL 0401之間的區(qū)域進(jìn)行了觀測；ABELL 0399和ABELL 0401是兩個(gè)合并中的巨型星系團(tuán)。盡管它們即將合并，但ABELL 0399和ABELL 0401仍然被近1000萬光年的星系間的遙遠(yuǎn)距離隔開。然而，在這一裂隙之間，Govoni等人檢測到一個(gè)連接這兩個(gè)星系團(tuán)的低頻無線電發(fā)射脊。

然而，據(jù)作者披露，相對論電子一生能穿行的最遠(yuǎn)距離差不多為.03光年，表明存在著一種尚未了解的粒子再加速機(jī)制。建模模擬提示，由2個(gè)接近中的星系團(tuán)交會處產(chǎn)生的非熱能弱沖擊波具有再次加速先已存在的相對論粒子群的潛力。作者提出，盡管還未發(fā)現(xiàn)類似的構(gòu)造，但可用LOFAR探測到的磁脊或是宇宙網(wǎng)構(gòu)造內(nèi)司空見慣的現(xiàn)象。

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研究人員在對細(xì)胞如何對“氣味”做出反應(yīng)并對其相關(guān)神經(jīng)元發(fā)出信號的理解中填補(bǔ)了一個(gè)顯著的空白；他們報(bào)告稱，激活的細(xì)胞受體導(dǎo)致其細(xì)胞不僅會放電，而且還會以特定模式放電。接著，具有相同放電模式的細(xì)胞最終會在腦中嗅球內(nèi)相連于同樣的神經(jīng)集群（或小球）。

作者說，具有重疊特征的神經(jīng)元能用這種方法因應(yīng)與氣味有關(guān)的感覺線索而做出改變。先前的研究顯示，嗅覺受體（ORs）會通過其信號活動和其對神經(jīng)元的影響而參與小鼠嗅覺系統(tǒng)中的連接。然而，這一活動是否真的對腦中嗅覺系統(tǒng)的連接提供信息還一直不清楚。

Ai Nakashima和同事在此用一系列的體外實(shí)驗(yàn)和小鼠研究對這一過程中的神經(jīng)活動的潛在指導(dǎo)作用進(jìn)行了探索；他們在小鼠研究中通過光遺傳學(xué)來改變神經(jīng)活動模式，并就對嗅覺系統(tǒng)重要的分子表達(dá)效應(yīng)進(jìn)行了研究。

他們報(bào)告，嗅覺神經(jīng)元的不同活動模式會改變神經(jīng)末梢中的分子表達(dá)--即將其作為嗅球中特定的神經(jīng)集群標(biāo)靶。他們說，神經(jīng)活動似乎能驅(qū)動嗅覺系統(tǒng)中關(guān)鍵蛋白的表達(dá)，其方式與其說是通過驅(qū)動神經(jīng)放電，不如說是神經(jīng)活動的具體特征對這一過程中的基因表達(dá)模式頗為重要。

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