肺的發(fā)育是多胚層協(xié)同調(diào)控的復(fù)雜過程，從胚胎期的肺芽萌發(fā)到成熟的分支網(wǎng)絡(luò)形成，需要精準(zhǔn)的信號(hào)分子調(diào)控和微環(huán)境支持。傳統(tǒng)培養(yǎng)體系存在樣本獲取困難、培養(yǎng)時(shí)間有限、缺乏功能性血管等局限，從而制約研究進(jìn)展。
hPSC技術(shù)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(yī)院的顧名夏團(tuán)隊(duì)、苗一非團(tuán)隊(duì)和郭敏哲團(tuán)隊(duì)合作在Cell雜志發(fā)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(dǎo)多能干細(xì)胞（iPSCs）成功構(gòu)建了高度血管化的肺與腸道類器官。這一創(chuàng)新模型不僅模擬了人類胚胎早期多胚層協(xié)同發(fā)育的復(fù)雜過程，更突破了傳統(tǒng)類器官缺乏功能性血管和器官特異性間質(zhì)的瓶頸，為研究器官發(fā)育、疾病機(jī)制及再生醫(yī)學(xué)提供了革命性工具[1]。
hPSC來源肺類器官特點(diǎn)
圖1：iPSC來源誘導(dǎo)肺類器官[2]
核心優(yōu)勢
• 樣本來源方便：hPSC可長期培養(yǎng)和擴(kuò)增；
• 減少個(gè)體差異：細(xì)胞來源一致，減少類器官培養(yǎng)批間差異；
• 易于基因編輯：便于使用CRISPR等技術(shù)構(gòu)建基因疾病模型；
• 可構(gòu)建復(fù)雜模型：具備發(fā)育為包含血管、間質(zhì)等多細(xì)胞復(fù)雜結(jié)構(gòu)的能力。
應(yīng)用場景
• 研究肺發(fā)育和早期疾病機(jī)制
• 構(gòu)建遺傳性肺病模型
• 大規(guī)模的藥物篩選和毒性測試
維持更長時(shí)間，更廣應(yīng)用！
NovoDiffTM分支肺類器官培養(yǎng)試劑盒
可用于人ES和iPSC來源的分支肺類器官的生成和培養(yǎng)，獨(dú)特的無血清配方適用于hPSC分化與分支肺結(jié)構(gòu)功能的維持。NovoDiffTM操作簡便，無需多次反復(fù)凍融，培養(yǎng)得到的類器官能夠有效實(shí)現(xiàn)從多能干細(xì)胞向分支肺的分化，可廣泛應(yīng)用于基礎(chǔ)研究、疾病建模、藥物篩選與評(píng)價(jià)等領(lǐng)域。
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長周期培養(yǎng)：已驗(yàn)證多種hPSC的分支肺生長和長期擴(kuò)增（＞2個(gè)月）
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應(yīng)用廣泛：含有多種類型細(xì)胞，支持病毒感染、纖維化等研究
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批次穩(wěn)定：無血清，化學(xué)成分明確，確保實(shí)驗(yàn)可重復(fù)性
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操作簡便：無需反復(fù)凍融，配制方便，即用型培養(yǎng)基
hPSC來源分支類肺器官關(guān)鍵培養(yǎng)節(jié)點(diǎn)
以下將以NovoDiffTM試劑盒誘導(dǎo)培養(yǎng)出來的hPSC來源分支肺類器官為例，展示各階段關(guān)鍵培養(yǎng)節(jié)點(diǎn)。
Day 1：擬胚體（EB）形態(tài)
圖2：Day 1 EB形態(tài)
Day 2-Day 4：定型內(nèi)胚層（DE）形態(tài)
圖3：Day 4 DE形態(tài)
Day 5-Day 6：前腸內(nèi)胚層（AFE）形成細(xì)胞匯合度大于70%進(jìn)入下一分化階段
圖4：Day 6 AFE細(xì)胞形態(tài)
Day 7-Day 14：肺芽類器官（LBO）形成
培養(yǎng)至Day 8-Day 9可見半漂浮狀態(tài)的細(xì)胞團(tuán)
培養(yǎng)至Day 14左右可見內(nèi)部具有折疊結(jié)構(gòu)的球體，即肺芽類器官
圖5：Day 14 LBO形態(tài)
Day 15+：分支肺類器官成熟和長期維持
利用transwell持續(xù)培養(yǎng)分支肺類器官至成熟，類器官可用于后續(xù)下游實(shí)驗(yàn)使用
圖6：Day 41 分支肺類器官形態(tài)
hPSC來源分支肺類器官鑒定
hPSC來源誘導(dǎo)出來的分支肺類器官含有多種肺臟細(xì)胞，可通過檢測不同細(xì)胞的特殊標(biāo)記物來鑒定分支肺類器官是否分化誘導(dǎo)成功。例如，可用免疫熒光方法從蛋白水平檢測常見標(biāo)記物：肺祖細(xì)胞(Pulmonary progenitor cells)標(biāo)志物NKX2.1、肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞（AT2 cell）標(biāo)志物SFTBP、COVID-19受體ACE2（圖7）
圖7：NovoDiffTM試劑盒培養(yǎng)的hPSC來源分支肺類器官的免疫熒光圖。DAPI（藍(lán)）、SFTPB（綠）、NKX2.1（紫）、ACE2（綠）
可用RT-qPCR方法從RNA水平檢測培養(yǎng)出來的分支肺類器官是否具有肺部遠(yuǎn)端到近端的分化誘導(dǎo)潛能標(biāo)記物，如近端肺常見標(biāo)志物MUC1、P63、FOXJ1，遠(yuǎn)端肺常見標(biāo)志物SFTPB、SFTPC、ABCA3（圖8）。
圖8：分別對(duì)iPSC與NovoDiffTM試劑盒培養(yǎng)58天的iPSC來源分支肺類器官進(jìn)行MUC1、P63、FOXJ1、SFTPB、SFTPC、ABCA3的RT-qPCR檢測
hPSC來源分支肺類器官下游應(yīng)用
含有多種類型細(xì)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NovoDiffTM試劑盒培養(yǎng)出來的hPSC來源分支肺類器官的肺纖維化模型構(gòu)建情況。
博來霉素(Bleomycin)是一種用于構(gòu)建動(dòng)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(tài)上可明顯表現(xiàn)出差異（圖9），構(gòu)建纖維化模型會(huì)引起衰老、炎癥以及修復(fù)等生理活動(dòng)，可進(jìn)一步檢測其衰老相關(guān)分泌表型( SASP )因子、肺泡前1型過渡細(xì)胞狀態(tài)( PATS )標(biāo)志物、炎癥標(biāo)志物和纖維化標(biāo)志物的表達(dá)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(tài)對(duì)比
圖10：處理Bleomycin的hPSC來源分支肺類器官進(jìn)行RT-qPCR檢測SASP、PATS、Inflammation和Fibrosis相關(guān)標(biāo)志物表達(dá)情況
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9種hPSC來源類器官實(shí)驗(yàn)流程
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提供經(jīng)驗(yàn)證的細(xì)胞因子種類和使用濃度
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不同培養(yǎng)階段細(xì)胞/類器官實(shí)況圖片
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所需培養(yǎng)試劑組合推薦搭配
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參考文獻(xiàn)
[1] Miao, Yifei et al. “Co-development of mesoderm and endoderm enables organotypic vascularization in lung and gut organoids.” Cell vol. 188,16 (2025): 4295-4313.e27. doi:10.1016/j.cell.2025.05.041
[2] Joe, Young Ae et al. “Experimental Mouse Models and Human Lung Organoid Models for Studying Chronic Obstructive Pulmonary Disease.” Biomolecules & therapeutics vol. 32,6 (2024): 685-696. doi:10.4062/biomolther.2024.148