骨骼是个动态器官，它能对机械负荷等刺激做出反应，它不断地适应所处环境，以满足新陈代谢的要求。骨矿物质不断沉积和流失，任何潜在细胞水平代谢的不平衡都会导致骨量减少和骨质疏松症等状况。此前，科学界就发现宇航员在微重力的环境中骨质流失加剧。骨流失动物模型可通过激素干预、手术切除神经、肌腱或脊髓或去除骨的正常机械应力引起，后者被称为废用（disuse）。在啮齿类动物中，典型的做法是通过尾巴悬挂动物，让动物一段时间内不能使用后肢以制作废用动物模型。该类模型不仅给动物造成痛苦，也无法模拟人类病理状态，所以并不是理想的疾病模型。 

近日，在Microgravity（微重力）杂志上伯明翰大学的研究人员发表了题为“Trabecular bone organoids: a micron-scale ‘humanised’ prototype designed to study the effects of microgravity and degeneration”的研究论文。研究人员开发了一种骨小梁类器官，可以在各种灌注生物反应器中生长。在这项研究中，人类成骨细胞、破骨细胞或两种细胞类型的混合物通过倒滴培养的方法接种到用于手术修复的牛小梁碎片上。当在促成骨细胞或促破骨细胞因子的存在下培养时，细胞成熟并开始沉积或重新吸收骨。随后，构建物被插入一个模拟微重力的生物反应器(nasa - syncon)中，模拟机械刺激减少的病理状态，在体外模拟弃用骨骼。在该结构中，研究人员检测到了破骨细胞骨吸收位点，微重力组与静态对照组在形态上出现差异。将骨小梁类器官植入人纤维蛋白微穹顶中以提高结构的复杂性，模拟体内环境。包裹入人纤维蛋白中并且暴露于微重力下5天后，可观察到大量骨结构逐渐消失，这进一步模拟了骨质流失的过程。与静态模型相比微重力组显示出纵向扩展的吸收形态。这类似于在人股骨小梁中看到的一种主要吸收模式，这种吸收模式有削弱骨的能力（见图1）。作为一种多细胞、类器官的研究单位，该模型体可应用于精细水平生理过程的研究，阐明病理性骨丢失和骨重塑失衡。

图1同时包含成骨细胞和破骨细胞的骨小梁类器官的吸收模式在外观上与人类股骨头骨小梁相似。 A1.小梁微器官；A2.人骨小梁

研究人员还在人工基底膜中植入类器官，观察细胞行为的差异，结果观察到嵌入人工基底膜中的类器官出现非典型增殖，与在癌症早期中看到的增殖类似。

类器官结构的特性使它能与各类分析方法兼容，类器官结构直径的设计与96孔板相匹配，这使得其可用于药物开发中的高通量检测；它也适用于通常评估骨形成的各类分析，包括微CT、比色、荧光检测或偏振光分析等；它还可模拟组织-组织界面的动态情景，如放入芯片作为器官芯片，这在临床前药物开发中会发挥重要作用。 

参考资料：

1. https://www.nature.com/articles/s41526-021-00146-8

2.https://www.nc3rs.org.uk/news/replacing-animal-models-bone-degeneration-and-disuse-micron-scale-organoid