日本理化学研究所的 Masaya Hagiwara 领导的科学家小组开发出了一种巧妙的装置，利用立方体结构中的多层水凝胶，研究人员无需使用复杂的技术就能构建复杂的三维有机体。该研究小组最近还展示了利用该装置构建有机体的能力，这种有机体能够忠实地再现生物体实际发育过程中的不对称基因表达。
该装置有可能彻底改变我们测试药物的方式，还能让我们深入了解组织是如何发育的，并带来更好的人造器官生长技术。
长期以来，科学家们一直在努力创造类器官--在实验室中培育的类似器官的组织--以复制实际的生物发育过程。制造与真实组织功能相似的类器官对开发药物至关重要，因为有必要了解药物是如何在各种组织中移动的。器官组织还能帮助我们深入了解发育过程本身，是培育出能帮助病人的完整器官的垫脚石。
实验中使用的立方体之一。资料来源：理化学研究所
然而，事实证明，要制造出栩栩如生的器官组织并不容易。在自然界中，组织的发育是通过精心设计的舞蹈进行的，其中包括化学梯度和物理支架，它们引导细胞形成特定的三维模式。与此相反，实验室培育的类器官通常是通过让细胞在均匀条件下生长--创造简单的相似细胞球--或者通过使用三维打印或微流体技术（这两种技术都需要复杂的设备和技术技能）来形成的。
显示立方体系统和用途的示意图。资料来源：理化学研究所
但现在，理化学研究所先锋研究小组在《先进材料技术》（Advanced Materials Technologies）上发表的一篇论文中宣布，他们开发出了一种新的创新技术，只需使用一个移液管，就能在空间上控制基于立方体的细胞群周围的环境。
这种方法是在立方体培养容器内封闭多层具有不同物理和化学特性的水凝胶（主要由水组成的物质）。在这项研究中，使用移液管将不同的水凝胶插入支架，并根据表面张力固定到位。细胞既可以插入立方体中的单个水凝胶中，也可以以颗粒的形式移动到不同的层中，这样就有可能创造出一系列的组织类型。
控制有机体在立方体系统中的位置。资料来源：理化学研究所
在发表于《通讯生物学》（Communications Biology）的第二篇论文中，研究小组还展示了重现所谓体轴模式化的能力。从本质上讲，脊椎动物在发育过程中会出现头/后背/腹部的细胞分化模式。尽管这对创造忠实再现实际生物体内情况的有机体非常重要，但在实验室中却很难实现。
在这项工作中，研究小组利用基于立方体的系统重现了这种模式化，使用模帽将一组诱导多能干细胞（iPSC）精确地播种在立方体中，然后让细胞暴露在两种不同生长因子的梯度中。他们甚至"招募"了一名实验室助理和一名初中生来成功完成这项工作，这表明细胞播种并不需要很高的专业水平。研究小组还证明，由此产生的组织可以切片成像，并仍能保持梯度方向的信息。
立方体系统中的细胞播种控制。资料来源：理化学研究所
萩原说："我们对这些成就感到非常兴奋，因为新系统将使研究人员能够快速、无障碍地再造更接近实际生物体器官发育方式的类器官。我们希望广大研究人员能够利用我们的方法创造出各种新的器官组织，为不同器官系统的研究做出贡献。最终，我们希望它还能有助于了解我们如何才能制造出真正的人造器官来帮助病人。"
有机体的分化、切片和分析过程。资料来源：理化学研究所