日本理化學研究所的Masaya Hagiwara 領導的科學家小組開發出了一種巧妙的裝置，利用立方體結構中的多層水凝膠，研究人員無需使用複雜的技術就能構建複雜的三維有機體。該研究小組最近還展示了利用該裝置構建有機體的能力，這種有機體能夠忠實地再現生物體實際發育過程中的不對稱基因表達。

該裝置有可能徹底改變我們測試藥物的方式，還能讓我們深入了解組織是如何發育的，並帶來更好的人造器官生長技術。

長期以來，科學家們一直在努力創造類器官–在實驗室中培育的類似器官的組織–以復制實際的生物發育過程。製造與真實組織功能相似的類器官對開發藥物至關重要，因為有必要了解藥物是如何在各種組織中移動的。器官組織還能幫助我們深入了解發育過程本身，是培育出能幫助病人的完整器官的墊腳石。

實驗中使用的立方體之一。資料來源：理化學研究所

然而，事實證明，要製造出栩栩如生的器官組織並不容易。在自然界中，組織的發育是通過精心設計的舞蹈進行的，其中包括化學梯度和物理支架，它們引導細胞形成特定的三維模式。與此相反，實驗室培育的類器官通常是通過讓細胞在均勻條件下生長–創造簡單的相似細胞球–或者通過使用三維打印或微流體技術（這兩種技術都需要復雜的設備和技術技能）來形成的。

顯示立方體系統和用途的示意圖。資料來源：理化學研究所

但現在，理化學研究所先鋒研究小組在《先進材料技術》（Advanced Materials Technologies）上發表的一篇論文中宣布，他們開發出了一種新的創新技術，只需使用一個移液管，就能在空間上控制基於立方體的細胞群周圍的環境。

這種方法是在立方體培養容器內封閉多層具有不同物理和化學特性的水凝膠（主要由水組成的物質）。在這項研究中，使用移液管將不同的水凝膠插入支架，並根據表面張力固定到位。細胞既可以插入立方體中的單個水凝膠中，也可以以顆粒的形式移動到不同的層中，這樣就有可能創造出一系列的組織類型。

控制有機體在立方體系統中的位置。資料來源：理化學研究所

在發表於《通訊生物學》（Communications Biology）的第二篇論文中，研究小組還展示了重現所謂體軸模式化的能力。從本質上講，脊椎動物在發育過程中會出現頭/後背/腹部的細胞分化模式。儘管這對創造忠實再現實際生物體內情況的有機體非常重要，但在實驗室中卻很難實現。

在這項工作中，研究小組利用基於立方體的系統重現了這種模式化，使用模帽將一組誘導多能幹細胞（iPSC）精確地播種在立方體中，然後讓細胞暴露在兩種不同生長因子的梯度中。他們甚至”招募”了一名實驗室助理和一名初中生來成功完成這項工作，這表明細胞播種並不需要很高的專業水平。研究小組還證明，由此產生的組織可以切片成像，並仍能保持梯度方向的信息。

立方體系統中的細胞播種控制。資料來源：理化學研究所

萩原說：”我們對這些成就感到非常興奮，因為新系統將使研究人員能夠快速、無障礙地再造更接近實際生物體器官發育方式的類器官。我們希望廣大研究人員能夠利用我們的方法創造出各種新的器官組織，為不同器官系統的研究做出貢獻。最終，我們希望它還能有助於了解我們如何才能製造出真正的人造器官來幫助病人。”

有機體的分化、切片和分析過程。資料來源：理化學研究所