由庆应义塾大学佐藤教授领导的研究团队开发了一项创新技术，在肝病研究、药物评估和细胞移植方面具有潜在应用价值。 最终，这些进展表明肝脏研究正步入变革性的新时代。
肝脏是维持生命所必需的多功能器官，能够代谢碳水化合物、脂质和蛋白，解毒药物，并合成和分泌胆汁酸。 然而，原代人肝细胞难以在体外长期维持培养，这限制了它们在药物发现和疾病研究中的应用。
为克服这些限制，由庆应义塾大学医学部生物化学系佐藤俊朗教授领导的研究团队建立了一项肝细胞类器官技术，该技术能够在保持肝细胞功能的同时实现长期培养。 利用这种方法，团队成功地开发了一个功能模型，重现了关键的肝脏功能，包括药物代谢、胆汁酸合成和尿素循环。
这些研究结果有望在多个领域得到广泛应用，包括药物研发中的毒性测试、脂肪性肝病发病机制的阐明，以及通过细胞移植推进再生医学的发展。
关于研究人员
佐藤俊朗博士
庆应义塾大学医学部综合医学与生物化学系教授
佐藤教授在包括肠道、肝脏和胰腺在内的多种器官的类器官研究方面做出了重要贡献，并致力于开发利用组织干细胞重建功能性组织的相关技术。 他担任多个研究项目的项目主管，包括日本科学技术振兴机构 (Japan Science and Technology Agency, JST) ERATO 佐藤类器官设计项目 (ERATO Sato Organoid Design Project)，并领导国内外的类器官研究。
五十岚亮博士
庆应义塾大学医学部综合医学与生物化学系项目助理教授
五十岚博士专攻肝细胞类器官培养技术和功能分析，致力于构建肝脏疾病模型和评估药物反应。
您目前主要关注类器官研究的哪些领域？
佐藤教授： 我们正在致力于开发功能性类器官，利用人源类器官重建器官的形态与功能。 特别是，我们通过 JST ERATO 佐藤类器官设计项目，致力于从组织干细胞中重建调节生理稳态的网络。 我们也在推进具有复杂功能的类器官的构建，这些功能包括在肝脏、肠道和胰腺等器官中表现出的吸收、代谢、分泌和信号转导。
如何开发功能性肝细胞类器官，以在体外复制关键的肝脏功能？
佐藤教授： 肝脏承担多项重要功能，如代谢碳水化合物、脂质和蛋白，药物解毒，以及合成胆汁酸。 如果存在能够重现这些功能的体外 (in vitro) 模型，将会极大地促进药物发现、毒性评估和疾病机制的研究。
然而，常规的原代人肝细胞 (PHH) 在分离后会迅速丧失其功能，因此无法用于长期培养和基因操作。 为了解决这一局限性，我们以 PHH 为起始材料，生成了增殖型肝细胞类器官，也称为扩增型人类肝细胞类器官 (eHHO)。 通过后续的分化诱导，我们生成了分化型人类肝细胞类器官 (dHHO)，其表现出药物代谢酶、尿素循环酶和胆汁酸合成酶的增强表达。
这项研究作为 JST ERATO 项目的一部分，旨在将类器官不仅仅作为“微型器官”，而是作为能够在体外再现器官固有功能的“功能模型”来建立。 对于肝脏而言，构建能够复制体内结构和功能的模型尤为重要，例如肝脏分区2以及负责胆汁排泄的胆小管结构。 目前的成就标志着朝着这个方向迈出了重要一步。
五十岚博士：人类原代肝细胞 (PHH) 具有很高的价值，但由于其存活率和功能存在差异，其应用受到限制。 利用现有技术，我们实现了从人类原代肝细胞 (PHH) 衍生的 eHHO 的稳定培养超过 100 天，并实现了超过一百万倍的增殖。 通过分化诱导，我们成功在体外重现了多样化的肝细胞功能，其水平与体内观察到的相当。 这些类器官还可作为脂肪性肝病和先天性代谢紊乱的模型，捕捉脂滴3积累和药物反应等特征。 这些类器官具有显著提高疾病模型的可重复性并增强药物评估准确性的潜力。
2分区：肝组织内的肝细胞并不均一；肝脏由许多小叶结构组成，不同区域具有不同的代谢功能。 这种被称为区带化的组织结构导致了如糖异生、尿素循环和药物代谢等区域性调控的活动。
3脂滴：小型球形结构主要由中性脂质组成，积聚于细胞内。 在肝细胞中，脂质的积累是脂肪性肝病的关键标志，因此成为类器官模型中监测的重要参数。
先进成像技术如何支持类器官结构和功能的可视化和分析？
佐藤教授： 肝细胞类器官相对较厚，因此可能会使观察内部结构变得困难。 集成于 APEXVIEW™ APX100 台式荧光显微镜的梯度对比法克服了这一限制，实现了对脂滴精细结构的清晰观察（图 1a）。 尤其是在评估脂肪性肝病模型时，可视化脂滴的积累和空间分布的能力，是验证疾病可重复性的关键指标。
梯度对比法即使在标准塑料培养容器中也能生成高对比度图像，从而在不改变常规培养条件的情况下实现高质量的观察。 此外，该系统支持长工作距离物镜，可对位于 Matrigel（基质胶，一种用于细胞培养的基质）高位的类器官进行清晰成像（图 1b）。 能够在不使用专门容器或进行特殊准备的情况下，直接在日常培养过程中监测类器官状态，为研究效率和可重复性带来了显著优势。
五十岚博士：对于荧光成像或定量数据采集，高效地获取可靠数据至关重要。 APX100 可同时容纳多达三个载玻片标本，通过流程管理器实现快速宏观定位和直观操作，从而简化拼接图像的采集。 它能够在短时间内进行高分辨率、大面积成像，从而实现对整体组织结构和局部结构的一致评估。
在本研究中，使用 APX100 采集的图像清楚地表明，移植到小鼠肝脏中的人类肝细胞类器官分化并再现了肝脏的分区结构，代谢功能从门静脉4分布到中央静脉5（图 2）。
通过结合高保真图像采集与操作效率，APX100 成为简化日常研究活动的强大工具。
门静脉： 肝小叶内的一个关键结构，门静脉将消化道（包括肠道）吸收的营养物质运输到肝脏。 围绕门静脉的肝细胞执行与营养代谢相关的功能，例如糖异生和氨解毒。
5中央静脉： 肝小叶内的一个结构，负责收集经肝细胞处理的血液并将其排入体循环。 围绕中央静脉的肝细胞执行药物代谢和脂质代谢等功能。
图 1. 使用 APX100 显微镜拍摄的肝细胞类器官的梯度对比成像
左图：(a) 分化诱导后类器官内脂质滴的积累。 成像条件： 玻璃容器，UPLXAPO40X 物镜。 图片由庆应义塾大学医学院佐藤俊朗教授提供。
右图： (b) 培养过程中（原代肝细胞培养第 15 天），对 eHHO 的时间进程观察。 成像条件： 塑料容器，LUCPLFLN20XPH 物镜，Z 堆叠成像（从 82 个切片中选择焦点）。
图 2. 移植到小鼠肝脏中的人类肝细胞类器官 (HHO) 发生分化，并建立了肝脏的分区结构。 图片由庆应义塾大学医学院佐藤俊朗教授提供。
左图： (a) 在 STEM1216 阳性区域（绿色）内，HAL7（门静脉周围肝细胞的标志物）定位于该区域（白色虚线）。 细胞核被染成蓝色。 成像条件： 观察容器： 载玻片。 物镜： UPLXAPO40XO。 观察方法： 荧光拼片扫描。
右图： (b) 在 STEM121 阳性区域（绿色）内，CYP2E18，即围绕中央静脉肝细胞的标志物，定位于白色虚线所圈定的区域。 细胞核被染成蓝色。 成像条件： 观察容器： 载玻片。 物镜： UPLXAPO40XO。 观察方法： 荧光拼片扫描。
6STEM121： 专门识别人类细胞特异性表达的抗原的抗体，可作为标记物用于识别移植到小鼠组织中的人类细胞。
7HAL（组氨酸氨基裂解酶，histidine ammonia-lyase）： 一种在门静脉周围肝细胞中高度表达的酶。 它在氨基酸代谢和糖异生中发挥着关键作用，作为肝脏营养代谢活动的功能标志。
*8CYP2E1（细胞色素 P450 2E1）： 一种在中央静脉周围肝细胞中高表达的外源性物质代谢酶。 它参与外源性物质代谢和脂质处理，是肝脏功能分区和分化的关键标志。
您如何看待您在类器官技术领域的研究进展？
佐藤教授：展望未来，我们将利用具有疾病特异性基因突变的肝细胞类器官开发更精确的疾病模型，加速其在药物发现和再生医学领域的应用，作为动物实验的替代方案。 特别是，类器官技术有望作为治疗肝衰竭和遗传性肝病的新型治疗方法，发挥越来越重要的作用。
在这种情况下，成像系统必须将高光学性能与用户友好、直观的操作相结合。 由于我们的实验室有众多学生，因此易用性是影响我们整体研究效率的主要因素。 我们预计，成像系统将继续发展成为不可或缺的基础设施，使研究人员能够以更快的速度和更高的一致性获取高保真数据。
类器官研究中的首选成像能力
如上文所述，持续、高质量的类器官成像需要兼顾高保真数据采集和高效的日常工作流程。 以下是 APX100 备受推崇的三项成像功能，旨在支持类器官研究：
1. 梯度对比成像
Evident 的专有梯度对比成像 (GC) 方法是一种新一代透射光成像技术，即使在厚而透明的样本中，也能清晰地呈现轮廓和内部结构。
与传统的微分干涉对比 (DIC) 或相位对比 (PH) 成像——这些方法需要在聚光镜孔径中插入特定光学元件——不同，梯度对比成像利用放置在物镜瞳孔处的梯度 ND 滤光片来逐步调节光的透射。 通过简化光路，该方法显著降低了由容器表面的弯月面或水滴引起的照明伪影，保证图像始终保持高对比度。
特制渐变 ND 滤光片。
梯度对比成像技术无需染色即可精确再现细胞边界和精细结构，使其成为观察活体标本或精细形态特征的理想成像方式（参见庆应义塾大学示例： 图 1(a)）。.
2. 高度通用性、与塑料容器的兼容性
DIC 成像依赖于偏振光，而塑料容器的固有双折射会导致光线发生扭曲，这使得精确观察变得困难。
相比之下，梯度对比成像不使用偏振光，因此能够在塑料容器中实现稳定成像，并灵活应用于细胞状态的常规监测。
当与长工作距离物镜（如 LUCPLFLN 系列）搭配使用时，梯度对比成像能够适应较厚的标本或底部较高的容器，满足对不同标本类型或容器的无障碍观察需求。 这项功能可实现广泛应用（参见庆应义塾大学的示例： 图 1(b)）。
3. 高性能物镜
当与高性能物镜系列——X Line™ UPLXAPO 物镜配套使用时，梯度对比成像能够以极低的光学像差实现超高分辨率成像，提供适用于高水平科学出版的图像质量。LUCPLFLN 系列是众多高性能物镜系列之一，具有优异的光学表现和灵活的适用性。 将其与梯度对比成像结合使用时，可以实现锐利、高分辨率的可视化效果，提升日常培养过程中类器官观察的质量。
LUCPLFLN（左）和 UPLXAPO（右）系列物镜。
参考信息
Igarashi, R., Oda, M., Okada, R., Yano, T., Takahashi, S., Pastuhov, S., Matano, M., Masuda, N., Togasaki, K., Ohta, Y., Sato, S., Hishiki, T., Suematsu, M., Itoh, M., Fujii, M., and Sato, T. 2025. “Generation of Human Adult Hepatocyte Organoids with Metabolic Functions.” Nature.
免责声明： 本次采访中表达的观点和陈述仅代表研究者个人，并不一定反映 Evident 的观点或主张。 文中提及的产品和技术仅供研究用途，并非设计用于临床或诊断应用。
