類器官技術(shù)憑借其 “模擬體內(nèi)組織結(jié)構(gòu)、保留供體遺傳背景、支持長期體外培養(yǎng)" 的獨特優(yōu)勢，為免疫相關(guān)疾病（如癌癥、炎癥性腸病、感染性疾病等）的機制研究提供了 “體外微生理模型"，可從細胞互作、微環(huán)境調(diào)控、基因 - 免疫關(guān)聯(lián)、動態(tài)病理過程四大維度突破傳統(tǒng)模型局限，本文詳細概述應(yīng)用路徑：

一、重構(gòu) “免疫細胞 - 靶器官上皮細胞" 互作模型，解析細胞間通訊機制

免疫相關(guān)疾病的核心病理特征往往是 “免疫細胞與靶器官上皮細胞的互作失調(diào)"（如 IBD 中 T 細胞攻擊腸道上皮、癌癥中免疫細胞與腫瘤細胞的雙向調(diào)控），而類器官可通過 “共培養(yǎng)系統(tǒng)" 精準模擬這一過程，揭示細胞間通訊的分子機制。

（一）構(gòu)建多樣化共培養(yǎng)體系，覆蓋不同免疫細胞類型

根據(jù)疾病類型選擇靶器官類器官與對應(yīng)免疫細胞進行共培養(yǎng)，還原體內(nèi)免疫微環(huán)境的細胞組成：

1. 腫瘤免疫研究：采用 “腫瘤類器官（tumouroids）+ 腫瘤浸潤免疫細胞" 共培養(yǎng)，模擬腫瘤微環(huán)境（TME）中的細胞互作。例如，將結(jié)直腸癌患者腫瘤類器官與自體腫瘤浸潤淋巴細胞（TILs）、巨噬細胞共培養(yǎng)，可觀察到 TILs 在類器官周圍的浸潤模式 —— 未處理組 TILs 因腫瘤細胞表達 PD-L1 而處于 “耗竭狀態(tài)"（分泌 IFN-γ 減少、表達 PD-1 增加），而加入抗 PD-L1 抗體后，TILs 浸潤能力增強且腫瘤細胞殺傷效率提升，證實 “PD-L1/PD-1 通路" 是腫瘤免疫逃逸的關(guān)鍵機制；同時發(fā)現(xiàn)腫瘤類器官分泌的 IL-10 可誘導巨噬細胞向 M2 型極化，進一步抑制 T 細胞功能，為 “抗 PD-L1 + 抗 IL-10" 聯(lián)合治療提供機制依據(jù)。

2. 炎癥性疾病研究：以 IBD 為例，構(gòu)建 “腸道類器官 + 外周血免疫細胞 / 腸道固有層免疫細胞" 共培養(yǎng)系統(tǒng)。例如，將健康人結(jié)腸類器官與 IBD 患者的 CD4+T 細胞共培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)患者 T 細胞可通過分泌 IFN-γ 誘導類器官上皮細胞凋亡（表現(xiàn)為類器官結(jié)構(gòu)瓦解、緊密連接蛋白 occludin 表達下降），而加入 IFN-γ 中和抗體或 JAK 抑制劑可阻斷這一過程，證實 “T 細胞來源的 IFN-γ 是腸道上皮損傷的核心介質(zhì)"；進一步通過單細胞測序分析，發(fā)現(xiàn)患者 T 細胞中 “Th17 細胞亞群比例升高"，且其分泌的 IL-17 可協(xié)同 IFN-γ 增強上皮損傷效應(yīng)，揭示 IBD 中 “Th17-Th1 細胞協(xié)同致病" 的新機制。

3. 感染性疾病研究：利用 “呼吸道 / 腸道類器官 + 固有免疫細胞" 共培養(yǎng)，解析病原體感染引發(fā)的免疫應(yīng)答。例如，將人肺肺泡類器官與肺泡巨噬細胞共培養(yǎng)，感染新冠病毒（SARS-CoV-2）后，觀察到巨噬細胞迅速激活并分泌 TNF-α、IL-6 等促炎細胞因子，同時類器官上皮細胞表達 ACE2（病毒受體）增加，進一步促進病毒復(fù)制；而加入 IL-6 受體拮抗劑（托珠單抗）可抑制巨噬細胞過度激活，減少上皮細胞損傷，為新冠炎癥風暴的機制研究提供體外證據(jù)。

（二）借助技術(shù)手段精準調(diào)控互作過程，定位關(guān)鍵分子

1. 時空分辨率觀察：結(jié)合活細胞成像技術(shù)（如共聚焦顯微鏡、光片顯微鏡），實時追蹤免疫細胞與類器官的動態(tài)互作。例如，在 “腸道類器官 + 中性粒細胞" 共培養(yǎng)中，通過熒光標記中性粒細胞的整合素（LFA-1）和類器官上皮細胞的 ICAM-1（配體），觀察到炎癥刺激下中性粒細胞通過 “LFA-1/ICAM-1 結(jié)合" 黏附于類器官表面，隨后穿越上皮屏障進入類器官內(nèi)部，這一過程與體內(nèi)腸道炎癥中的中性粒細胞浸潤模式一致，且阻斷 LFA-1 可顯著減少浸潤，證實該通路是中性粒細胞遷移的關(guān)鍵。

2. 分子干預(yù)驗證：通過基因編輯（CRISPR/Cas9）或藥物抑制，特異性阻斷候選分子，驗證其在細胞互作中的作用。例如，在 “肝癌類器官 + NK 細胞" 共培養(yǎng)中，發(fā)現(xiàn)肝癌類器官高表達 MICA/B（NK 細胞激活受體 NKG2D 的配體），NK 細胞通過 NKG2D 識別 MICA/B 后激活并殺傷腫瘤細胞；而敲除類器官中的 MICA/B 基因或阻斷 NKG2D，可顯著降低 NK 細胞的殺傷效率，證實 “NKG2D-MICA/B 通路" 是肝癌免疫監(jiān)視的核心分子軸。

二、模擬免疫微環(huán)境的 “多因素調(diào)控"，解析微環(huán)境失衡的致病機制

免疫相關(guān)疾病的發(fā)生不僅依賴 “細胞 - 細胞互作"，還與微環(huán)境中的細胞外基質(zhì)（ECM）、細胞因子梯度、機械信號（如剪切力）、菌群代謝物等多因素相關(guān)，類器官可通過 “定制化微環(huán)境構(gòu)建"，還原這些因素對免疫應(yīng)答的調(diào)控作用。

（一）重構(gòu)細胞外基質(zhì)（ECM）的免疫調(diào)控作用

ECM 不僅是組織結(jié)構(gòu)的 “支架"，還通過與免疫細胞表面受體（如整合素、TGF-β 受體）結(jié)合調(diào)控免疫細胞功能。類器官培養(yǎng)中可通過調(diào)整 ECM 成分（如膠原蛋白、Matrigel、纖維連接蛋白的比例），模擬健康與疾病狀態(tài)下的 ECM 差異：

• 案例：在乳腺癌研究中，健康乳腺類器官培養(yǎng)于 “低剛度 ECM"（模擬正常乳腺組織），而乳腺癌類器官培養(yǎng)于 “高剛度 ECM"（模擬腫瘤纖維化微環(huán)境）。將兩者與巨噬細胞共培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)，高剛度 ECM 可通過激活巨噬細胞表面的整合素 β1，誘導其向 M2 型極化（分泌 IL-10、TGF-β），進而抑制 T 細胞的抗腫瘤活性；而降低 ECM 剛度或敲除整合素 β1，可恢復(fù)巨噬細胞的 M1 型極化（分泌 TNF-α、IL-12），增強 T 細胞殺傷，揭示 “ECM 剛度通過整合素通路調(diào)控巨噬細胞極化" 是腫瘤免疫抑制的重要機制。

（二）模擬細胞因子梯度與機械信號的免疫調(diào)控

1. 細胞因子梯度：利用Kirkstall Quasi Vivo微流控芯片技術(shù)，在類器官共培養(yǎng)系統(tǒng)中構(gòu)建 “梯度化細胞因子環(huán)境"（如模擬炎癥部位從 “炎癥中心" 到 “正常組織" 的細胞因子濃度遞減）。例如，在腸道類器官芯片中，通過微流控通道形成 “IL-22 梯度"（腸道炎癥中上皮修復(fù)區(qū)的 IL-22 濃度高于損傷區(qū)），發(fā)現(xiàn)高濃度 IL-22 可促進類器官腸干細胞增殖（激活 STAT3 通路），而低濃度 IL-22 則誘導干細胞分化為杯狀細胞（分泌黏液），證實 “IL-22 梯度通過調(diào)控干細胞命運參與腸道炎癥修復(fù)"；同時發(fā)現(xiàn)梯度環(huán)境下，免疫細胞（如 ILC3）更易向高濃度 IL-22 區(qū)域遷移，揭示細胞因子梯度對免疫細胞歸巢的引導作用。

2. 機械信號：在器官芯片中引入 “流體剪切力"（模擬血管血流、腸道蠕動）或 “細胞拉伸"（模擬肺部呼吸運動），研究機械信號對免疫應(yīng)答的影響。例如，在肺類器官芯片中，模擬正常呼吸的 “周期性拉伸"（5%-10% 拉伸幅度，12 次 / 分鐘），發(fā)現(xiàn)拉伸可促進類器官上皮細胞表達 TLR4（ Toll 樣受體 4，識別細菌脂多糖 LPS），當加入 LPS 后，拉伸組的上皮細胞與巨噬細胞共培養(yǎng)體系中，促炎細胞因子（IL-1β、IL-8）分泌顯著高于靜態(tài)組，證實 “呼吸運動的機械信號可增強肺部對細菌感染的免疫應(yīng)答"；而在慢性阻塞性肺疾病（COPD）模型中，過度拉伸（20% 幅度）則會導致上皮細胞 TLR4 表達下調(diào)，免疫應(yīng)答減弱，解釋了 COPD 患者易反復(fù)感染的機制。

（三）整合腸道菌群 - 免疫 - 上皮互作，解析菌群相關(guān)免疫疾病機制

腸道菌群代謝物（如短鏈脂肪酸 SCFAs、色氨酸代謝物）是調(diào)控腸道免疫穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵因素，類器官可通過 “類器官 - 菌群 / 菌群代謝物 - 免疫細胞" 共培養(yǎng)，解析菌群對免疫疾病的影響：

• 案例：在 IBD 研究中，將健康人腸道類器官與自體 PBMCs 共培養(yǎng)，同時加入健康人腸道菌群的 SCFAs（如丁酸鹽）或 IBD 患者菌群的代謝物（如吲哚乙酸）。發(fā)現(xiàn)丁酸鹽可通過激活類器官上皮細胞的 GPR43 受體，促進其分泌 IL-18（增強腸道屏障功能），同時抑制 PBMCs 中 Th17 細胞分化；而 IBD 患者菌群的吲哚乙酸則會抑制上皮細胞 IL-18 分泌，促進 Th17 細胞增殖，導致類器官上皮損傷。進一步通過宏基因組測序發(fā)現(xiàn)，IBD 患者菌群中 “丁酸鹽產(chǎn)生菌（如 Faecalibacterium prausnitzii）減少"，而 “吲哚乙酸產(chǎn)生菌增加"，證實 “菌群代謝物失衡通過調(diào)控上皮 - 免疫互作參與 IBD 發(fā)病"。

三、結(jié)合基因編輯與患者來源類器官，解析 “基因 - 免疫" 關(guān)聯(lián)機制

免疫相關(guān)疾病多具有遺傳易感性（如 IBD 的 NOD2 基因、類風濕關(guān)節(jié)炎的 HLA-DRB1 基因），類器官可通過 “基因編輯 + 患者來源類器官（PDOs）" 的組合，精準解析 “遺傳變異如何通過調(diào)控免疫應(yīng)答引發(fā)疾病"。

（一）基因編輯類器官：驗證單個基因的免疫調(diào)控功能

通過 CRISPR/Cas9 在健康人干細胞類器官中 “敲入致病突變" 或 “敲除候選基因"，單獨評估基因變異對免疫應(yīng)答的影響：

• 案例 1（IBD 的 NOD2 基因）：在健康人腸道類器官中敲入 NOD2 基因的致病突變（如 R702W），與野生型類器官對比發(fā)現(xiàn)，突變類器官對細菌細胞壁成分（MDP，NOD2 配體）的應(yīng)答顯著異常 —— 野生型類器官會分泌 IL-22（促進屏障修復(fù)），而突變類器官則分泌大量 IL-1β（促炎），且與 PBMCs 共培養(yǎng)時，突變類器官更易誘導 T 細胞向 Th1 型分化（分泌 IFN-γ），證實 “NOD2 突變通過增強促炎應(yīng)答、削弱修復(fù)應(yīng)答參與 IBD 發(fā)病"。

• 案例 2（癌癥的 HLA 基因）：在肝癌類器官中敲除 HLA-A 基因（負責呈遞腫瘤抗原給 CD8+T 細胞），發(fā)現(xiàn)敲除后的類器官無法被腫瘤抗原特異性 CD8+T 細胞識別，T 細胞殺傷效率下降 90% 以上；而回補 HLA-A 基因則可恢復(fù) T 細胞殺傷，證實 “HLA-A 表達缺失是肝癌免疫逃逸的重要遺傳機制"。

（二）患者來源類器官（PDOs）：解析遺傳異質(zhì)性對免疫機制的影響

不同患者的遺傳背景差異（如單核苷酸多態(tài)性 SNP、拷貝數(shù)變異 CNV）會導致免疫應(yīng)答的異質(zhì)性，PDOs 因保留患者遺傳特征，可用于解析這種異質(zhì)性的機制：

• 案例（肺癌免疫治療響應(yīng)差異）：收集 20 例非小細胞肺癌（NSCLC）患者的 PDOs，均攜帶 EGFR 突變，但 TMB（腫瘤突變負荷）不同（高 TMB 組 10 例，低 TMB 組 10 例）。將 PDOs 與自體 PBMCs 共培養(yǎng)，加入抗 PD-1 抗體后發(fā)現(xiàn)，高 TMB 組 PDOs 的 T 細胞浸潤率（CD8+T 細胞比例）顯著高于低 TMB 組，且高 TMB 組 PDOs 分泌的腫瘤抗原肽更多，可更有效激活 T 細胞；進一步通過全外顯子測序發(fā)現(xiàn)，高 TMB 組患者的 “抗原呈遞相關(guān)基因（如 B2M、TAP1）表達正常"，而低 TMB 組患者中 3 例存在 B2M 基因突變（導致 HLA 分子無法表達），證實 “TMB 水平 + 抗原呈遞基因狀態(tài)共同決定肺癌患者對 PD-1 抑制劑的響應(yīng)"，為免疫治療療效預(yù)測提供機制依據(jù)。

四、動態(tài)模擬免疫疾病的 “病理進程"，解析疾病發(fā)展的階段特異性機制

傳統(tǒng)細胞模型多為 “靜態(tài)快照"，無法模擬免疫疾病從 “穩(wěn)態(tài) - 炎癥啟動 - 慢性進展 - 修復(fù) / 惡化" 的動態(tài)過程，而類器官可通過 “長期培養(yǎng) + 分步誘導"，還原疾病的動態(tài)病理，解析不同階段的關(guān)鍵機制。

（一）模擬炎癥性疾病的 “急性發(fā)作 - 慢性化" 過程

以 IBD 為例，通過 “分步誘導" 構(gòu)建動態(tài)模型：

1. 急性炎癥階段：向健康人腸道類器官 + PBMCs 共培養(yǎng)體系中加入 TNF-α（模擬急性炎癥觸發(fā)），觀察到 1-3 天內(nèi)類器官上皮細胞凋亡增加、屏障功能下降，同時 PBMCs 中 Th1/Th17 細胞比例升高，這與 IBD 急性發(fā)作期的病理特征一致；通過轉(zhuǎn)錄組分析發(fā)現(xiàn)，急性階段 “NF-κB 通路顯著激活"，而抑制 NF-κB 可緩解上皮損傷。

2. 慢性化階段：持續(xù)低劑量 TNF-α 刺激（2-4 周），模擬慢性炎癥，發(fā)現(xiàn)類器官逐漸出現(xiàn) “纖維化樣改變"（膠原沉積增加、成纖維細胞活化），同時 PBMCs 中出現(xiàn) “耗竭型 T 細胞"（表達 PD-1、TIM-3），其分泌 IFN-γ 的能力下降；進一步研究發(fā)現(xiàn)，慢性階段類器官分泌的 TGF-β 增加，可誘導 Treg 細胞分化，但這些 Treg 細胞的免疫抑制功能減弱（因表達 IL-17），形成 “致病性 Treg 細胞"，加劇炎癥慢性化，揭示 IBD 從急性轉(zhuǎn)為慢性的關(guān)鍵機制 ——“Treg 細胞功能異常 + 纖維化"。

（二）模擬腫瘤免疫的 “免疫監(jiān)視 - 免疫逃逸 - 免疫治療響應(yīng)" 過程

在腫瘤類器官中動態(tài)模擬腫瘤免疫的發(fā)展階段：

1. 免疫監(jiān)視階段：將早期肺癌類器官（低突變負荷）與自體 PBMCs 共培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn) NK 細胞和 CD8+T 細胞可識別并殺傷腫瘤細胞，類器官生長受抑，證實 “免疫監(jiān)視可抑制早期腫瘤進展"；此時腫瘤細胞表達 NKG2D 配體（MICA/B），為 NK 細胞識別提供信號。

2. 免疫逃逸階段：持續(xù)培養(yǎng) 4-6 周，發(fā)現(xiàn)部分腫瘤類器官出現(xiàn) “免疫逃逸表型"——MICA/B 表達下調(diào)，同時分泌 PD-L1 和 IL-10，誘導 T 細胞耗竭；通過基因測序發(fā)現(xiàn)，這些類器官發(fā)生 “JAK2 基因突變"，導致 STAT3 通路持續(xù)激活，進而調(diào)控 PD-L1 和 IL-10 表達，揭示 “JAK2 突變通過激活 STAT3 通路介導腫瘤免疫逃逸" 的新機制。

3. 免疫治療響應(yīng)階段：向逃逸階段的類器官中加入抗 PD-1 抗體 + JAK 抑制劑，發(fā)現(xiàn)聯(lián)合治療可恢復(fù) T 細胞殺傷功能，類器官生長受抑，而單獨使用抗 PD-1 抗體則效果不佳，證實 “JAK2 突變是 PD-1 抑制劑耐藥的原因之一，聯(lián)合 JAK 抑制劑可逆轉(zhuǎn)耐藥"。

Kirkstall類器官與串聯(lián)器官芯片

總 結(jié) 與 展 望

Kirkstall Quasi Vivo® 串聯(lián)多細胞 / 器官動態(tài)仿生共培養(yǎng)系統(tǒng)，憑借微流控技術(shù)支撐的 “動態(tài)生理模擬" 與 “多器官串聯(lián)" 核心優(yōu)勢，可針對性突破當前類器官研究在免疫相關(guān)疾病機制探索中的瓶頸，為領(lǐng)域帶來多維度革新。

在細胞互作機制解析層面，該系統(tǒng)能精準復(fù)現(xiàn)免疫細胞與靶器官上皮細胞互作的 “動態(tài)時空場景"。例如研究 IBD 時，可通過微流控通道構(gòu)建腸道類器官與 T 細胞、巨噬細胞的串聯(lián)共培養(yǎng)，模擬腸道蠕動的機械剪切力與細胞因子梯度，實時觀察 T 細胞從 “血管募集→上皮黏附→屏障浸潤" 的完整過程，同時監(jiān)測不同區(qū)域細胞因子（如 IFN-γ、IL-22）的動態(tài)變化，破解傳統(tǒng)靜態(tài)共培養(yǎng)無法捕捉的 “免疫細胞遷移 - 功能調(diào)控" 關(guān)聯(lián)機制。

針對免疫微環(huán)境多因素調(diào)控研究，Kirkstall Quasi Vivo® 串聯(lián)多細胞 / 器官動態(tài)仿生共培養(yǎng)系統(tǒng)其多器官串聯(lián)設(shè)計可實現(xiàn) “腸道 - 肝臟 - 免疫細胞" 等跨器官互作模擬。以腸道菌群相關(guān)免疫疾病為例，系統(tǒng)能將腸道類器官（接觸菌群代謝物）、肝臟類器官（代謝轉(zhuǎn)化）與免疫細胞串聯(lián)，動態(tài)追蹤菌群代謝物（如丁酸鹽）經(jīng)腸道吸收、肝臟轉(zhuǎn)化后，對免疫細胞分化的影響，揭示 “菌群 - 器官 - 免疫" 軸的上下游調(diào)控通路，彌補單一器官類器官無法模擬的系統(tǒng)級免疫調(diào)控機制。

在基因 - 免疫關(guān)聯(lián)驗證中，該系統(tǒng)可結(jié)合基因編輯類器官，實現(xiàn) “遺傳變異 - 動態(tài)免疫應(yīng)答" 的高通量分析。例如對攜帶不同 NOD2 突變的腸道類器官，通過系統(tǒng)的動態(tài)培養(yǎng)與實時檢測，量化不同突變型類器官在炎癥刺激下的免疫細胞招募效率、細胞因子分泌規(guī)律差異，快速驗證遺傳變異對免疫應(yīng)答的影響權(quán)重，加速免疫相關(guān)疾病遺傳機制的篩選與確認。

未來，隨著該系統(tǒng)與單細胞測序、活細胞成像等技術(shù)的深度融合，有望構(gòu)建 “患者特異性動態(tài)免疫疾病模型"，為解析個體化免疫疾病機制、開發(fā)精準靶向療法提供更貼近臨床的研究工具，推動免疫相關(guān)疾病機制研究從 “靜態(tài)模擬" 邁向 “動態(tài)精準還原"。

Kirkstall Quasi Vivo® 串聯(lián)多細胞 / 器官動態(tài)仿生共培養(yǎng)系統(tǒng)——類器官技術(shù)通過 “重構(gòu)細胞互作、模擬微環(huán)境、解析基因 - 免疫關(guān)聯(lián)、動態(tài)還原病理進程" 四大核心路徑，為免疫相關(guān)疾病機制研究提供了 “更貼近體內(nèi)、可精準調(diào)控、可長期觀察" 的體外模型。其優(yōu)勢在于：既能還原疾病的復(fù)雜性（如多細胞、多因素互作），又能通過技術(shù)手段（共培養(yǎng)、基因編輯、微流控）實現(xiàn) “精準拆解"，定位關(guān)鍵細胞、分子與通路，從而突破傳統(tǒng)模型的局限，推動免疫疾病機制研究從 “宏觀現(xiàn)象" 深入到 “分子調(diào)控"，為疾病診斷標志物發(fā)現(xiàn)、靶向藥物開發(fā)提供核心理論依據(jù)。

Kirkstall Quasi Vivo®類器官串聯(lián)3D動態(tài)灌流共培養(yǎng)系統(tǒng)