肺的發育是多胚層協同調控的復雜過程，從胚胎期的肺芽萌發到成熟的分支網絡形成，需要精準的信號分子調控和微環境支持。傳統培養體系存在樣本獲取困難、培養時間有限、缺乏功能性血管等局限，從而制約研究進展。

hPSC技術的成熟為解決這些問題提供了可能——2025年6月30日，美國辛辛那提兒童醫院的顧名夏團隊、苗一非團隊和郭敏哲團隊合作在Cell雜志發表題為“Co-development of Mesoderm and Endoderm Enables Organotypic Vascularization in Lung and Gut Organoids”的研究論文。該研究首次通過人類誘導多能干細胞（iPSCs）成功構建了高度血管化的肺與腸道類器官。這一創新模型不僅模擬了人類胚胎早期多胚層協同發育的復雜過程，更突破了傳統類器官缺乏功能性血管和器官特異性間質的瓶頸，為研究器官發育、疾病機制及再生醫學提供了革命性工具^[1]。

圖1：iPSC來源誘導肺類器官^[2]

• 樣本來源方便：hPSC可長期培養和擴增；

• 減少個體差異：細胞來源一致，減少類器官培養批間差異；

• 易于基因編輯：便于使用CRISPR等技術構建基因疾病模型；

• 可構建復雜模型：具備發育為包含血管、間質等多細胞復雜結構的能力。

• 研究肺發育和早期疾病機制

• 構建遺傳性肺病模型

• 大規模的藥物篩選和毒性測試

可用于人ES和iPSC來源的分支肺類器官的生成和培養，獨特的無血清配方適用于hPSC分化與分支肺結構功能的維持。NovoDiff^TM操作簡便，無需多次反復凍融，培養得到的類器官能夠有效實現從多能干細胞向分支肺的分化，可廣泛應用于基礎研究、疾病建模、藥物篩選與評價等領域。

1. 長周期培養：已驗證多種hPSC的分支肺生長和長期擴增（＞2個月）

2. 應用廣泛：含有多種類型細胞，支持病毒感染、纖維化等研究

3. 批次穩定：無血清，化學成分明確，確保實驗可重復性

4. 操作簡便：無需反復凍融，配制方便，即用型培養基

以下將以NovoDiff^TM試劑盒誘導培養出來的hPSC來源分支肺類器官為例，展示各階段關鍵培養節點。

圖2：Day 1 EB形態

圖3：Day 4 DE形態

圖4：Day 6 AFE細胞形態

培養至Day 8-Day 9可見半漂浮狀態的細胞團

培養至Day 14左右可見內部具有折疊結構的球體，即肺芽類器官

圖5：Day 14 LBO形態

利用transwell持續培養分支肺類器官至成熟，類器官可用于后續下游實驗使用

圖6：Day 41 分支肺類器官形態

hPSC來源誘導出來的分支肺類器官含有多種肺臟細胞，可通過檢測不同細胞的特殊標記物來鑒定分支肺類器官是否分化誘導成功。例如，可用免疫熒光方法從蛋白水平檢測常見標記物：肺祖細胞(Pulmonary progenitor cells)標志物NKX2.1、肺泡Ⅱ型上皮細胞（AT2 cell）標志物SFTBP、COVID-19受體ACE2（圖7）

圖7：NovoDiff^TM試劑盒培養的hPSC來源分支肺類器官的免疫熒光圖。DAPI（藍）、SFTPB（綠）、NKX2.1（紫）、ACE2（綠）

可用RT-qPCR方法從RNA水平檢測培養出來的分支肺類器官是否具有肺部遠端到近端的分化誘導潛能標記物，如近端肺常見標志物MUC1、P63、FOXJ1，遠端肺常見標志物SFTPB、SFTPC、ABCA3（圖8）。

圖8：分別對iPSC與NovoDiffTM試劑盒培養58天的iPSC來源分支肺類器官進行MUC1、P63、FOXJ1、SFTPB、SFTPC、ABCA3的RT-qPCR檢測

含有多種類型細胞，可支持疾病模擬、藥物篩選等研究，疾病模型包括肺纖維化、肺部感染等模型，下面展示的是NovoDiff^TM試劑盒培養出來的hPSC來源分支肺類器官的肺纖維化模型構建情況。

博來霉素(Bleomycin)是一種用于構建動物肺纖維化模型的重要化合物，用Bleomycin處理后的hPSC來源分支肺類器官在形態上可明顯表現出差異（圖9），構建纖維化模型會引起衰老、炎癥以及修復等生理活動，可進一步檢測其衰老相關分泌表型( SASP )因子、肺泡前1型過渡細胞狀態( PATS )標志物、炎癥標志物和纖維化標志物的表達情況（圖10）。

圖9：處理Bleomycin和未處理（WT）的hPSC來源分支肺類器官明場形態對比

圖10：處理Bleomycin的hPSC來源分支肺類器官進行RT-qPCR檢測SASP、PATS、Inflammation和Fibrosis相關標志物表達情況