类器官是一种模拟器官结构和功能特征的三维细胞培养系统。与2D细胞培养系统或非灵长类动物模型相比，在模拟人类生理的模型中，类器官模型更接近人体真实器官。许多类器官培养依靠脱细胞的细胞外基质作为支架，这些材料物理化学性能较差，成分不明确并且批次间稳定性不可控。相比之下，工程基质材料的物理化学性质相对可控，通过调节和优化更有利于类器官的培养。

组织培养出现在1907年，科学家们对青蛙的神经管进行体外培养。从此便开始了细胞培养的研究。类器官是一类微生理系统，用于在体外环境中建立器官和组织的特征模型。

研究发现，细胞外基质的改变是导致疾病的根本原因。因此，研究开发定义明确的3D生物材料能够促进类器官模型的形成，从而更好地模拟健康或患病组织的特性。特别是，合成生物材料可以提供化学定义明确的基质，可以精确调整基质属性，以影响和指导细胞的行为。

Fig.2 Cell–matrix interactions

基质微环境通过细胞黏附配体与细胞表面受体的相互作用、基质的机械特性(如硬度)和基质的降解性来影响细胞行为。

基质的内部结构（相对孔径、相对网络尺寸等）影响细胞对基质中细胞黏附配体以及机型性能的感知作用。例如，天然细胞外基质和生物材料，如胶原蛋白，具有近似细胞大小的孔径。高交联水凝胶，如聚乙二醇水凝胶，其网状尺寸比细胞的尺寸小得多，在缺乏降解性的情况下可以抑制细胞的生长和迁移。

合成类基质是传统类器官培养基质的重要替代品，如EHS基质，因为化学合成类基质能够提供良好的可调性，并且成分定义明确，可以用传统合成方法轻松生产，且批量变化极小。因此，各种各样的工程材料正在被探索用于人类和动物器官以及类器官模型的培养(表1)。

类器官为体外研究人类生理学提供了一个很好的平台。类器官培养物的成熟依赖于干细胞在分化过程中形成高度组织化结构的倾向。虽然类器官各有其独特的特征，但它们的成熟具有共同的发育阶段和微环境需求，包括ECM，这对类器官的发育有很大的影响。与天然材料(如EHS基质)相比，具有可重复性的合成类基质有提高类器官培养效率和一致性的潜力。许多材料特性，包括细胞结合配体的呈现、基质力学、几何结构和降解性，影响干细胞活性，是类器官基质的关键设计参数。目前，工程类器官基质已经用于建造各种疾病模型和再生医学的类器官系统。开发出能够在空间和动态上控制类器官微环境和周围基质的材料，将能够控制类器官的成熟和功能。此外，类器官与先进材料的结合将推动用于个性化医疗和药物筛选的生物组织的发展。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41578-019-0129-9