《Theranostics》2025年骨类器官标准化发展与应用共识报告

作者与机构
本共识由来自上海交通大学医学院附属新华医院（Jian Wang、Xiao Chen等）、上海大学转化医学研究院（Zhen Geng等）、英国斯旺西大学（Zhidao Xia）、美国亚利桑那大学（Xinglong Wang）等15家机构的专家团队联合撰写，通讯作者为Fengjin Zhou、Long Bai、Hongbo Tan和Jiacan Su。论文发表于《Theranostics》2025年第15卷第2期，开放获取。

主题与背景
本文是一篇关于骨类器官（bone organoids）开发与标准化的专家共识，旨在解决当前骨类器官研究中的技术差异，推动其在疾病建模、药物筛选和再生医学中的应用。骨类器官是通过干细胞在三维（3D）体外微环境中自组织形成的仿生结构，能够模拟天然骨组织的细胞行为、架构和功能。然而，现有骨类器官在形态和功能上与真实骨组织存在显著差距，限制了其生理和病理建模的准确性。为此，专家团队整合现有研究成果，提出标准化构建与评估框架。

核心观点与论据

1. 骨类器官的定义与分类
骨类器官被定义为体外培养的3D简化骨组织模型，需具备以下特征：
- 多细胞性：包含成骨细胞（osteoblasts）、破骨细胞（osteoclasts）和骨细胞（osteocytes）等；
- 矿化能力：模拟羟基磷灰石（hydroxyapatite）沉积；
- 血管化：形成功能性微血管网络；
- 造血支持：复现骨髓微环境（bone marrow niche）。
共识提出按发育阶段分类：
- 生理型：模拟正常骨组织（如小梁骨类器官）；
- 病理型：模拟骨质疏松、骨肿瘤等疾病；
- 复合型：整合神经、血管等多系统（如骨-软骨复合类器官）。
*证据*：研究显示，仅5-30 MPa抗压强度的类器官远低于天然骨（168-355 MPa），且血管密度不足天然骨髓的30%（参考文献26, 28）。

2. 构建策略与技术挑战
种子细胞选择：
- 多能干细胞（PSCs）：包括诱导多能干细胞（iPSCs）和胚胎干细胞（ESCs），可分化为多种骨系细胞（如Klein团队利用iPSCs构建骨髓类器官，参考文献36）；
- 间充质干细胞（MSCs）：如骨髓来源MSCs（BMSCs）和脂肪干细胞（ASCs），具有成骨分化潜力（Su团队通过BMSCs生物墨水打印矿化类器官，参考文献26）。

基质材料：
- 天然聚合物：胶原（collagen）、明胶（gelatin）模拟细胞外基质（ECM），但机械强度不足；
- 合成材料：如聚乳酸-羟基乙酸（PLGA）提供可控降解性；
- 复合材料：羟基磷灰石增强矿化（如GelMA-海藻酸盐复合水凝胶，参考文献60）。

构建方法：
- 3D生物打印：高精度控制细胞与材料空间分布（如Ouyang团队通过GelMA微球打印骨痂类器官，参考文献60）；
- 人工智能（AI）优化：预测细胞行为并优化培养参数。

挑战：血管化不足、多系统协同缺失（如神经-免疫互作）是当前主要瓶颈。

3. 应用场景与标准化评估
疾病建模：
- 骨质疏松：通过共培养成骨/破骨细胞模拟代谢失衡（参考文献68）；
- 骨肿瘤：患者来源类器官保留肿瘤异质性（如前列腺癌骨转移模型，参考文献158）。

药物筛选：
- 类器官可替代动物模型测试药物毒性（如A2A腺苷受体激动剂验证，参考文献77）。

评估标准：
- 形态学：显微CT、免疫荧光三维成像；
- 功能验证：机械性能测试（如杨氏模量）、造血支持能力；
- 分子生物学：单细胞RNA测序（scRNA-seq）分析细胞异质性（参考文献37）。

4. 未来方向与共识建议
- 跨学科合作：结合材料科学、生物工程与AI技术；
- 临床转化路径：明确从实验室到个性化治疗的标准化流程；
- 伦理与规模化：解决iPSCs来源的伦理问题，开发自动化生产平台。

意义与价值
本共识首次系统梳理了骨类器官的研究框架，提出“功能-结构-应用”三阶段发展策略，为骨疾病机制研究、个性化治疗和再生医学提供了新工具。其科学价值在于：
1. 填补骨类器官标准化空白，促进数据可比性；
2. 推动类器官从基础研究向临床应用的转化；
3. 为其他复杂器官（如心脏、肝脏）类器官开发提供参考范式。

亮点：
- 提出骨类器官需整合**神经-血管-免疫