随着全球科技革命的不断推进，中医药研究正迎来前所未有的发展机遇。类器官技术作为一项前沿的生物技术，自2017年被《Nature》杂志评选为年度最佳生物学技术以来，已在生命科学及临床医学研究领域广泛应用于模拟人体生理环境、药物筛选和个性化医疗等方面。中医药研究长期以来依赖于动物和细胞模型，这些模型在一定程度上限制了中医药研究的发展。因此，类器官技术的应用为中医药研究提供了新的机遇，有望在多个方面实现突破。
类器官技术是一种在体外培养三维细胞结构的技术，这些结构能够模拟人体组织器官的生理功能及病理状态。类器官技术的特点在于其高度的生理相似性和可操作性，使其成为继人体、动物、细胞之后的全新研究模式体系。类器官技术不仅能够用于基础研究，还能在药物筛选、疾病模型构建和个性化医疗中发挥重要作用。通过类器官模型，研究人员可以在体外模拟复杂的生理和病理过程，从而更准确地评估药物的效果和安全性，为新药开发和疾病治疗提供强有力的支持。
中医药研究以整体观念和辨证论治为核心，依赖于动物和细胞模型的基础研究具有较大的局限性。类器官技术的应用为中医药研究提供了新的思路和方法。例如，类器官可以用于中药药效评价、药物筛选、疾病模型构建等方面，从而提高中医药研究的精准性和有效性。研究表明，类器官技术在中药化合物的神经保护作用研究中表现出显著的优势。通过类器官模型，研究人员能够更准确地评估中药成分在特定疾病中的作用机制，为中医药的现代化和国际化提供了有力支持。
具体来说，类器官技术可以帮助研究人员更好地理解中药成分在人体内的作用机制。例如，通过构建肝脏类器官，可以模拟中药在肝脏中的代谢过程，评估其毒性和药效；通过构建脑类器官，可以研究中药对神经系统疾病的治疗效果。此外，类器官技术还可以用于中药复方的研究，通过构建多组织类器官系统，模拟人体内不同器官之间的相互作用，从而更全面地评估中药复方的整体疗效。
一、类器官——中药研究的新利器
类器官（organoid）是体外分化培养的3D细胞培养物，它可以通过与对应器官类似的空间组织重现对应器官的部分功能，从而提供一个高度生理相关系统。类器官可来源于胚胎干细胞（ESC）、诱导多能干细胞（iPSC）、成体干细胞（ASC）或者肿瘤组织。其3D培养系统通过悬浮培养建立，使用支架或无支架技术以避免细胞与塑料盘的直接物理接触。例如，支架技术中的Matrigel是由Engelbreth - Holm - Swarm（EHS）小鼠肉瘤细胞分泌的异质凝胶状蛋白质混合物，包含多种粘附蛋白，能为细胞提供结构支持和ECM信号；无支架技术则是细胞在重力和表面张力作用下于特定培养基液滴中培养。此外，类器官的3D结构也可通过“气液界面”建立。
与传统的2D细胞培养或者昆虫以及哺乳动物等模型相比，类器官模型具有诸多优势。它不但能够取自正常组织和组织癌变过程中各个阶段的肿瘤组织，而且其培养体系简单易操作，时间和金钱成本较低，且具有较高效率，被Nature Methods评为2017年生命科学领域年度技术。类器官为研究人体发育提供了不受伦理限制的平台，为药物筛选提供了新的平台，也是对现有2D培养方法和动物模型系统的高信息量的互补。同时，类器官在精准医疗、疾病病理学、细胞生物学、再生机制以及药物毒性和药效试验等科学研究领域也潜力巨大。在中药研究中，类器官可以为多个方面的研究提供有力支持。
（一）类器官在中药疗效研究中的作用
类器官技术能够构建与人体生理环境相似的模型，通过在这些模型上进行中药疗效的测试，可以更直观地观察中药对特定组织或器官功能的影响。例如，对于某些治疗消化系统疾病的中药，利用肠道类器官模型，可以模拟中药在肠道内的作用过程，观察其对肠道细胞功能修复、肠道微生物平衡等方面的作用，从而更准确地评估中药的疗效。这有助于解决传统研究中由于动物和人体生理差异导致的疗效评估不准确的问题。
（二）在药效物质筛选方面的贡献
中药包含众多复杂的化学成分，寻找其中真正起作用的药效物质是一项艰巨的任务。类器官模型可以为药效物质筛选提供一个高效的平台。以针对肝脏疾病的中药研究为例，肝脏类器官可以模拟肝脏的代谢功能，将中药提取物作用于肝脏类器官，通过分析类器官的代谢反应、基因表达变化等指标，可以筛选出与治疗肝脏疾病相关的药效物质，大大提高了筛选的准确性和效率。
（三）安全评价的新手段
中药的安全性一直是研究的重点。类器官可以用于模拟人体器官对中药的反应，评估中药可能存在的毒副作用。比如，心脏类器官能够模拟心脏细胞的电生理活动，当使用某种中药时，通过观察心脏类器官的电信号传导、心肌细胞活力等指标的变化，可以判断该中药是否会对心脏产生不良影响，为中药的安全评价提供了一种新的、更接近人体实际情况的手段。
二、类器官在中药研究中的成功案例及进展
浙江大学药学院、浙江大学长三角智慧绿洲创新中心的范骁辉教授、李璐特聘研究员在Acta Materia Medica (AMM)杂志上发表的综述性文章：Organoid models for Chinese herbal medicine studies中总结了类器官技术在中药研究方面的进展。该文章指出，类器官在中药疗效、药效物质筛选、安全评价和潜在机制研究等方面已经取得了不少成果。例如在某些中药复方的研究中，利用类器官模型发现了新的药效作用靶点，进一步揭示了中药复方的作用机制。这些研究成果为中药的现代化研究提供了重要的依据和方向。
三、类器官在中药研究面临的挑战及解决方案
尽管类器官在中药研究领域有着广阔的前景，但目前仍然存在一些挑战。
（一）面临的挑战
结构和细胞类型的缺陷：类器官的结构和细胞类型可能无法完全模拟真实人体器官的复杂性，这可能会影响研究结果的准确性。例如，某些类器官可能缺乏一些在人体器官中存在的特殊细胞类型或者细胞间的连接结构，从而导致对中药作用的反应与真实情况存在偏差。
给药剂量与临床剂量不对应：在类器官研究中，很难确定与临床实际应用相匹配的给药剂量。由于类器官模型与人体整体的生理状态存在差异，在类器官上有效的给药剂量在临床应用中可能并不适用，这给中药研究成果向临床转化带来了困难。
批次差异：类器官的培养过程中可能存在批次差异，不同批次的类器官在结构、功能和对中药的反应等方面可能存在差异，这会影响研究结果的稳定性和可重复性。
（二）解决方案
针对这些问题，研究人员也提出了相应的潜在解决方案。
精确模拟体内生理环境：通过体外与特定细胞类型或微生物共培养，可以更精确地模拟体内生理环境。例如，在肠道类器官研究中，与肠道微生物共培养，可以更好地模拟肠道的微生态环境，使类器官对中药的反应更接近人体实际情况。
类器官移植：将类器官移植至动物体内，可以得到所需结构和功能。通过这种方式，可以进一步完善类器官的结构和功能，使其更适合用于中药研究。
工程化技术结合：通过与微流控芯片、3D生物打印等工程化技术相结合，可以减小批次差异，进行高通量实验。例如，利用微流控芯片技术可以精确控制类器官的培养条件，提高类器官培养的一致性，从而减少批次差异对研究结果的影响。
在未来，类器官有望在更多类型中药的研究中得到应用，从常见的补益类、清热类中药到一些较少被深入研究的小众中药。在中药复方研究方面，类器官可以帮助解析复方中多种成分的协同作用机制。例如，对于一些经典的中药复方，如四物汤、六味地黄丸等，类器官模型可以模拟体内环境，探究复方在改善血液系统、调节内分泌等方面的作用机制，以及复方中不同药材、不同成分之间的相互作用关系。
类器官技术有助于推动中药现代化进程。传统中药的作用机制往往难以明确，而类器官可以提供一个更接近人体生理状态的研究模型，使中药的作用靶点、药效物质基础、安全性评价等研究更加科学、精准。这将有助于提高中药在国际上的认可度，促进中药走向世界医药舞台的中心。例如，在中药国际化的进程中，能够以类器官研究成果为依据，向国际医学界清晰地阐述中药的功效和安全性，打破中药在国际市场面临的一些技术壁垒。
在精准医疗的大趋势下，类器官技术可以为个性化中药治疗提供支持。每个人的生理状态、疾病类型和对药物的反应都存在差异，通过建立患者来源的类器官，可以筛选出最适合个体的中药治疗方案。比如，对于患有肿瘤的患者，可以利用肿瘤类器官来测试不同中药对其肿瘤细胞的抑制效果，以及对正常细胞的影响，从而制定出个性化的中药抗癌方案。
类器官在中药研究领域虽然面临一些挑战，但随着技术的不断发展和研究的深入，其在中药疗效评估、药效物质筛选、安全评价等方面的优势将不断凸显。相信在不久的将来，类器官将为中药研究的现代化进程做出更大的贡献，推动中药走向世界舞台。
文章来源：ISCO