類器官培養指南大全
—— 一文帶您深度了解類器官
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類器官(Organoid)是在體外，經過3D培養，能夠在體外模擬正常（或疾病）狀態下體內器官（或組織）的三維結構和生理功能。通俗點講，類器官是三維細胞培養物，將干細胞培養于基質膠中，在化學小分子抑制劑/激活劑、細胞因子、培養基添加劑等物質作用下經過培養得到的相應器官類似的組織結構。
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類器官擁有自我更新能力，能維持來源組織的生理結構和功能，享有“培養皿中的微器官”之稱。利用干細胞的自我更新、分化能力以及自我組織能力，類器官可冷凍保存用作生物庫，也能無限擴增。類器官高度復雜，相對于2D細胞，更接近于體內狀態。
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圖1. 人結腸腺癌細胞的類器官培養[1]
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類器官的特點是能更好地模擬體內環境，適用于分子和細胞生物學分析，在動物和細胞水平之間，為腫瘤研究、藥物篩選、再生醫學等領域提供了一個更好的解決方案，已被廣泛應用于功能組織誘導、疾病模型建立、藥物篩選、抗炎試驗、臨床端研究等多個方面的研究，在基礎研究和轉化應用中具有很大的應用前景。
隨著類器官培養系統和實驗技術的不斷發展，類器官培養已用于各種組織和器官，包括腸道（小腸/結腸）、胃、肝臟、心臟、肺、前列腺、胰腺、腎臟、乳腺、腦類、視網膜以及內耳等。
以腫瘤干細胞為來源的類器官也開始在幫助了解腫瘤發生發展機制、篩選藥物敏感性、促進精準醫療與個性化診療方面展現出巨大潛力。來自Cell、Science多篇文獻顯示，類器官在預測抗癌藥物有效性上，具有極高的靈敏度和特異性。近來，腫瘤類器官已表現出預測患者對癌癥藥物的反應、幫助制定個性化用藥方案方面的作用。
1. 研究發育機制：類器官具有的分化能力，可用于胚胎發育過程及其機制的研究。
調控Wnt、BMP等信號通路誘導的過程，可研究腦類、胰腺和胃等器官的發育。[2][3][4]
2. 建立疾病損傷模型：類器官誘導的特定組織或器官，可用于特定疾病模型的研究。
趙冰、林鑫華團隊應用人源類器官感染模型研究新冠病毒(SARS-CoV-2)感染和損傷肝臟的分子機制，為新冠病毒致病機制研究和后續藥物開發提供了重要工具。[5]
北大生科院鄧宏魁研究組用小分子和細胞因子來刺激，在體外構建了具有損傷再生特征的新型小腸類器官—Hyper類器官。該類器官具有能夠長期傳代擴增并保持基因組，促進結腸組織的損傷修復，減輕急性結腸炎動物模型的病理學癥狀等特點。[6]
3. 再生醫學：干細胞來源的類器官，能夠修復或替代受損或病變的組織以恢復正常的組織功能，在細胞療法上具有廣泛的應用價值，包括用于其他神經退行性疾病、糖尿病、心血管疾病、視網膜病變和脊柱損傷等。
作為再生醫學領域的一種新型治療方式—DA01，利用小分子SB-431542 (Cat#53004ES)、LDN193189 (Cat#53012ES)、CHIR-99021 (Cat#53003ES)和Y-27632 (Cat#53006ES, Cat#52604ES)以及Sonic Hedgehog (Shh)蛋白(Cat#92566ES, Cat#92589ES)，刺激多能干細胞分化為多巴胺能神經元，并移植入晚期帕金森病患者大腦的受傷區域內，為該病的治療提供新的方向和思路。[7]
4. 藥物毒性和功效測試：利用類器官來驗證新藥在特定器官或組織的藥代毒性，為新藥研發提供數據支持。
使用Hyman腎臟類器官來驗證Cisplatin（順鉑）的腎毒性。[8]
5. 藥物篩選：來源于干細胞的類器官能夠用于藥物反應的離體測試，為藥篩提供理論支持。
結腸類器官可用于研究CFTR突變患者的用藥方案，腫瘤類器官可用于評估患者的個體化用藥情況。[9]
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正常類器官主要來源于干細胞，干細胞包括多能干細胞（Pluripotent stem cells, PSCs）和成體干細胞（Adult stem cells, ASCs），其中多能干細胞包括胚胎干細胞（Embryonic stem cells, ESCs）、誘導多能干細胞（Induced pluripotent stems cells, iPSCs）。成體干細胞相比多能干細胞，優勢是建模簡便快捷，但劣勢是構建的類器官結構相對比較簡單。多能干細胞構建的類器官結構更為復雜。
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類器官培養中常用的小分子（匯總）：超實用，別忘了收藏哦！
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? Y-27632 (Cat#53006ES, Cat#52604ES) : 是Rock的強效抑制劑，對p160ROCK (Ki=140 nM)和ROCK-II (IC50=800 nM)產生ATP競爭性抑制作用, 也抑制PRK2 (IC50=600 nM)，一般在種板培養的第一次加入，后續換液培養可不添加。Y-27632 (10 μM)處理人胚胎干細胞1 h，可抑制干細胞的凋亡，提高克隆效率，延長細胞的傳代。
推薦工作濃度：10 μM
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? SB-202190 (Cat#53005ES) : 是一種高效的p38 MAPK激酶抑制劑，靶向作用p38α/β。SB202190可誘導人胚胎干細胞向心肌細胞分化，促進神經干細胞的自我更新，可用于胃腸道、乳腺類器官的培養。
推薦溶解濃度：10 mg加入3.018 mL的DMSO溶液溶解到10 mM，-20℃分裝保存。
推薦工作濃度：10 μM
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? CHIR-99021 (Cat#53003ES) : 是一種氨基嘧啶衍生物, 作為GSK-3 (GSK3α/β)抑制劑，可誘導人胚胎干細胞向內胚層分化，在腎臟和視網膜類器官培養中用到。CHIR-99021和其他試劑結合使用，能刺激體細胞重編程為干細胞。
推薦溶解濃度：5 mg加入3.58 mL的DMSO溶液溶解到3 mM，-20℃分裝保存。
推薦工作濃度：3 μM
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? A 83-01 (Cat#53002ES) : 是Activin/NODAL/TGF-β通路抑制劑，抑制ALK5/4/7激酶活性，一般用于肝臟、前列腺以及乳腺類器官的培養，常被用于抑制iPSCs的分化，維持體外細胞的自我更新。
推薦溶解濃度：5 mg加入5.93 mL的DMSO溶液溶解到2 mM，-20℃分裝保存。（特別注意：該產品在溶液狀態下不穩定，建議現配現用。）
推薦工作濃度：2 μM
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? Gastrin I (Cat#53007ES) : 胃泌素是一種內源性胃腸肽激素，刺激胃壁細胞分泌胃酸，是一種非常重要的多肽類激素。胃泌素與膽囊收縮素B受體(CCKBR)結合，提高細胞內Ca2+、促進磷酸肌醇的生成和蛋白激酶C的激活。胃泌素還參與胃上皮細胞的增殖和分化，并用于胃腸道類器官的研究。腸道及肝臟類器官培養時，需要添加胃泌素來延長類器官的存活時間。
推薦溶解濃度：1 mg加入2.38 mL的1%氨水溶液溶解到0.2 mM，-20℃分裝保存。
推薦工作濃度：10 nM
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? Nicotinamide煙酰胺(Cat#51402ES) : 是一種B3維生素，參與多種酶促氧化還原反應，可用于胃腸道、肝臟以及乳腺類器官的培養。煙酰胺與細胞因子、其他生化試劑一起能發揮抗炎特性，并促進間充質干細胞分化成胰島素生成細胞，抑制sirtuins活性，并用于促進類器官的形成和延長類器官的壽命。
推薦溶解濃度：100 mg加入8.19 mL的H2O（或DMSO）溶解到100 mM，-20℃分裝保存。
推薦工作濃度：10 mM
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? Forskolin毛喉素(Cat#51001ES) : 可以激活腺苷環化酶，常用于提高細胞內cAMP的水平。Forskolin誘導多種類型細胞的分化并激活PXR和FXR，具有血小板抗凝集和降壓作用，與其他小分子聯合使用時，可誘導成纖維細胞重編程為iPSCs。肝臟類器官培養的過程中必須添加該物質。
推薦工作濃度：1-10 μM
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? Prostaglandin E2 (Cat#60810ES) : 前列腺素E2 (PGE2)調節許多生理系統，與特異的受體結合后可介導細胞增殖、分化，在肝臟類器官和前列腺類器官培養時需要添加，與平滑肌疏松、炎癥、生育、睡眠周期調節和胃粘膜完整性有關。
推薦溶解濃度：1 mg加入0.28 mL的DMSO溶液溶解到10 mM，-20℃分裝保存。
推薦工作濃度：500 nM
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? N-acetyl-L-Cysteine (Cat#50303ES) : N-乙酰-L-半胱氨酸(NAC)是抗氧化劑谷胱甘肽的前體，具有抗氧化作用，也是一種ROS抑制劑，抑制神經元細胞凋亡，在大多數類器官的培養過程中都需要添加該物質。
推薦溶解濃度：2 g加入24.51 mL的H2O（或DMSO）溶解到500 mM，-20℃分裝保存。
推薦工作濃度：1 mM
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