近日，澳大利亚墨尔本大学的Melissa H. Little教授团队在《iScience》期刊发表研究，题为“Classification of indeterminate and off-target cell types within human kidney organoid differentiation”，聚焦肾脏类器官分化中长期存在的“脱靶”细胞问题。研究对一个经典方案在27天培养周期内的15万余个单细胞进行了系统分类，为先前无法明确身份的细胞类型提供了清晰的分子注释。利用该分类体系，团队对多个已发表的独立数据集进行了重新分析，发现相同的脱靶细胞状态在不同细胞系与实验室条件下均稳定出现，表明这并非偶然的操作偏差，而是该分化方案本身固有的系统性问题。这一发现为在体外组织中系统鉴定脱靶群体、进而优化肾脏类器官方案以推进治疗应用提供了重要依据。

图形摘要

本研究通过构建肾脏类器官分化全过程的单细胞转录组图谱，系统揭示了“脱靶”细胞从何而来、如何演变，以及这一现象是否普遍。

研究发现，细胞的命运偏离早在分化第一步就已发生。在最初的CHIR诱导阶段，细胞群体表现出明显的响应不同步，一部分细胞停滞于未分化状态，另一部分则保留着向神经分化的潜能。（图1）

图1

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随后，这种初始的异质性被逐步放大。到第二阶段，细胞已明确分裂为肾脏、神经和肌肉三条界限分明的路径，且标准方案中偏离肾脏方向的细胞超过总数的四分之一。（图2）

图2

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转入三维培养后，这些错误并未得到纠正，反而被进一步固化，形成肾脏、神经、肌肉及多种体内罕见的“中间态”细胞并存的复杂局面。（图3）

图3

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至分化终点，脱靶细胞已发育为成熟的神经元、各类胶质细胞和肌细胞，使最终获得的类器官实质上是多种组织的嵌合体，其细胞构成对最初的诱导时长表现出明显的路径依赖。（图4）

图4

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通过与其他独立团队已发表数据的系统比较，研究进一步确认，这种广泛的脱靶现象是该经典分化方案的固有特征。但同时，优化方案的证据也表明，精准调控早期信号环境可以有效引导细胞回到正确轨道，大幅减少非目标细胞。（图5）

图5

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简而言之，这项研究勾勒了一幅清晰的图景：肾脏类器官中的脱靶细胞，根源于分化起始阶段的信号异步性，并在此后被逐级放大和固化。这一认知为未来改进培养方案、提升类器官纯度提供了明确的干预方向。

这项研究构建了一个覆盖肾脏类器官分化全过程的时序单细胞转录图谱，将15万余个细胞划分为53种不同身份，为评估方案改进提供了可量化的比较基准。研究同时揭示了细胞分类面临的核心挑战：早期发育参考数据匮乏、体外存在无体内对应物的过渡态细胞，以及现有分类工具在“脱靶”区域误差增大等问题。值得注意的是，部分难以归类的中间细胞状态可能并非单纯的体外伪迹，而是真实反映了正常发育中存在的可塑性，只是此前很少被记录。因此，更深入地理解体内与体外细胞身份的动态调控景观，将是未来改进定向分化方案、提升类器官纯度的关键所在。

参考文献：

Wilson SB, Vanslambrouck JM, Murphy A, Neavin DR, Powell JE, Howden SE, Little MH. Classification of indeterminate and off-target cell types within human kidney organoid differentiation. iScience. 2026 Apr 15;29(6):115752.