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類器官培養(yǎng)指南

—— 一篇全面的文章，以加深你對類器官的理解

類器官導(dǎo)論

類器官是在體外培養(yǎng)的三維細胞培養(yǎng)物，通過三維培養(yǎng)技術(shù)模仿體內(nèi)正常（或病變）器官或組織的三維結(jié)構(gòu)和生理功能。簡而言之，類器官是一種三維細胞培養(yǎng)，其中干細胞在基質(zhì)凝膠中培養(yǎng)，并在化學(xué)抑制劑/激活劑、細胞因子、培養(yǎng)添加劑等物質(zhì)的影響下，發(fā)展成類似于相應(yīng)器官的組織結(jié)構(gòu)。

 類器官特點

類器官具有自我更新的能力，并且能夠維持來源組織的生理結(jié)構(gòu)和功能，因此它們被譽為“培養(yǎng)皿中的微型器官”。利用干細胞的自我更新、分化和自我組織能力，類器官可以被冷凍保存，用作生物樣本庫，并且可以無限擴展。與二維細胞培養(yǎng)相比，類器官結(jié)構(gòu)高度復(fù)雜，更接近于體內(nèi)狀態(tài)。

Figure 1 Organoid Culture of Human Colon Adenocarcinoma Cells

 類器官應(yīng)用

類器官在分子和細胞生物學(xué)分析中提供了多種優(yōu)勢，彌合了動物和細胞水平之間的差距，并為腫瘤研究、藥物篩選和再生醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的研究提供了更好的解決方案。它們已廣泛應(yīng)用于功能組織誘導(dǎo)、疾病模型建立、藥物篩選、抗炎測試和臨床研究等多個研究領(lǐng)域，顯示出在基礎(chǔ)研究和轉(zhuǎn)化應(yīng)用中的巨大潛力。

隨著類器官培養(yǎng)系統(tǒng)和實驗技術(shù)的不斷發(fā)展，類器官已被用于培養(yǎng)各種組織和器官，包括腸（小腸/結(jié)腸）、胃、肝臟、心臟、肺、前列腺、胰腺、腎臟、乳腺、類腦結(jié)構(gòu)、視網(wǎng)膜和內(nèi)耳。

從腫瘤干細胞衍生的類器官也開始在理解腫瘤發(fā)生和發(fā)展的機制、篩選藥物敏感性以及促進精準(zhǔn)醫(yī)療和個性化診斷治療方面展現(xiàn)出巨大的潛力。發(fā)表在《細胞》和《科學(xué)》雜志上的幾項研究表明，類器官在預(yù)測抗癌藥物的有效性方面表現(xiàn)出高靈敏度和特異性。最近，腫瘤類器官在預(yù)測患者對抗癌藥物的反應(yīng)和幫助制定個性化治療方案方面顯示出希望。

1、發(fā)育機制研究：可以利用類器官的分化能力來研究胚胎發(fā)育過程及其機制。通過Wnt和BMP等信號通路調(diào)節(jié)的誘導(dǎo)過程可以用來研究類腦結(jié)構(gòu)、胰腺和胃等器官的發(fā)育。

2、疾病損傷模型建立：通過類器官誘導(dǎo)的特定組織或器官可以用來研究特定疾病模型。趙冰和林新華團隊使用人類來源的類器官感染模型來研究SARS-CoV-2感染和肝損傷的分子機制，為SARS-CoV-2的致病機制研究和隨后的藥物開發(fā)提供了重要的工具。

北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院鄧紅飚領(lǐng)導(dǎo)的研究小組使用小分子和細胞因子刺激構(gòu)建了一種具有損傷再生特性的新型腸道類器官——超級類器官。這種類器官具有長期傳代和擴增的特點，同時保持基因組，促進結(jié)腸組織修復(fù)，并在急性結(jié)腸炎動物模型中減輕病理癥狀。

3、再生醫(yī)學(xué)：干細胞衍生的類器官可以修復(fù)或替換受損或病變的組織，以恢復(fù)正常組織功能，在各種神經(jīng)退行性疾病、糖尿病、心血管疾病、視網(wǎng)膜疾病和脊髓損傷的細胞治療中有著廣泛的應(yīng)用。

作為再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的新治療方式——DA01，使用小分子SB-431542、LDN193189、CHIR-99021和Y-27632，以及Sonic Hedgehog（Shh）蛋白，刺激多能干細胞分化為多巴胺能神經(jīng)元，并將它們移植到晚期帕金森病患者大腦的受損區(qū)域，為這種疾病的治療提供了新的方向和思路。

4、藥物毒性和療效測試：類器官可以用來驗證新藥在特定器官或組織中的藥理毒性，為藥物開發(fā)提供數(shù)據(jù)支持。

Hyman腎臟類器官可以用來驗證順鉑的腎毒性。

5、藥物篩選：來自干細胞的類器官可以用于體外藥物反應(yīng)測試，為藥物篩選提供理論支持。

結(jié)腸類器官可以用來研究CFTR突變患者的藥物治療策略，腫瘤類器官可以用來評估患者的個性化藥物治療。

 類器官的發(fā)育過程

類器官的來源     

正常的類器官主要來源于干細胞，包括多能干細胞（PSCs）和成體干細胞（ASCs）。多能干細胞包括胚胎干細胞（ESCs）和誘導(dǎo)多能干細胞（iPSCs）。與多能干細胞相比，成體干細胞的優(yōu)勢在于它們的建模過程更簡單、更快速，但缺點是它們構(gòu)建的類器官結(jié)構(gòu)相對簡單。由多能干細胞構(gòu)建的類器官結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜。

類器官培養(yǎng)          

 類器官培養(yǎng)中常用的小分子總結(jié)：非常實用，記得收藏！

1、Y-27632：Rock的強效抑制劑，靶向p160ROCK和ROCK-II。在初始培養(yǎng)基中使用，因其增強細胞活性和克隆效率的作用。

推薦工作濃度：10 μM

2、SB-202190：p38 MAPK激酶的有效抑制劑，誘導(dǎo)人類胚胎干細胞分化為心肌細胞，促進神經(jīng)干細胞自我更新。

推薦溶解濃度：10 mg溶于3.018 mL的DMSO中以達到10 mM，儲存于-20°C。

推薦工作濃度：10 μM

3、CHIR-99021：GSK-3抑制劑，誘導(dǎo)人類胚胎干細胞分化為內(nèi)胚層。用于腎臟和視網(wǎng)膜類器官培養(yǎng)。

推薦溶解濃度：5 mg溶于3.58 mL的DMSO中以達到3 mM，儲存于-20°C。

推薦工作濃度：3 μM

4、A 83-01：Activin/NODAL/TGF-β途徑的抑制劑，促進體外細胞自我更新。用于肝臟、前列腺和乳腺類器官培養(yǎng)。

推薦溶解濃度：5 mg溶于5.93 mL的DMSO中以達到2 mM，儲存于-20°C。（注意：該產(chǎn)品在溶液中不穩(wěn)定，應(yīng)新鮮配制。）

推薦工作濃度：2 μM

5、胃泌素I：用于延長腸道和肝臟類器官培養(yǎng)中類器官的存活時間。

推薦溶解濃度：1 mg溶于2.38 mL的1%氨溶液中以達到0.2 mM，儲存于-20°C。

推薦工作濃度：10 nM

6、煙酰胺：參與多種酶促反應(yīng)的B3維生素，促進類器官培養(yǎng)中細胞的分化。

推薦溶解濃度：100 mg溶于8.19 mL的H2O（或DMSO）中以達到100 mM，儲存于-20°C。

推薦工作濃度：10 mM

7、福斯科林：激活腺苷酸環(huán)化酶，提高細胞內(nèi)cAMP水平，誘導(dǎo)多種細胞類型的分化。

推薦工作濃度：1-10 μM

8、前列腺素E2：調(diào)節(jié)細胞增殖和分化，特別是在肝臟和前列腺類器官培養(yǎng)中。

推薦溶解濃度：1 mg溶于0.28 mL的DMSO中以達到10 mM，儲存于-20°C。

推薦工作濃度：500 nM

9、N-乙酰-L-半胱氨酸：具有抗凋亡特性的抗氧化劑前體，大多數(shù)類器官培養(yǎng)必需。

推薦溶解濃度：2 g溶于24.51 mL的H2O（或DMSO）中以達到500 mM，儲存于-20°C。

推薦工作濃度：1 mM

 產(chǎn)品推薦

細胞因子