類器官來源于成體干細胞或多能干細胞，可分化為多種細胞類型，形成類似體內器官的結構。將類器官與微生物進行共培養，可以在體外重現宿主 - 微生物的相互作用，有助于深入理解微生物在健康和疾病中的作用機制。例如，腸道類器官可以與腸道微生物共培養，研究腸道菌群對腸道上皮細胞的影響，以及腸道上皮細胞對微生物的調控作用。
今天小編整理了一些關于類器官與微生物共培養的問題，希望能夠對各位小伙伴有所幫助。
類器官可以與多種微生物進行共培養。
細菌：結直腸癌類器官與具核梭桿菌（Fusobacterium nucleatum, Fn）共培養后，可驗證Fn的代謝產物（NaB）加強了PD-1抑制劑對腫瘤的殺傷效果[1];
病毒：Calvin J. Kuo等人[2]建立了頂端朝外的遠端肺臟類器官，其暴露的外表面上表達ACE2促進了SARS-CoV-2感染，可作為人類遠端肺部感染（包括與COVID-19相關肺炎）的體外類器官模型;
真菌：煙曲霉分生孢子或其細胞壁成分通過PRR信號通路觸發肺類器官的強烈炎癥反應，可為真菌性肺炎的機制研究提供模型[3]；
寄生蟲：隱孢子蟲可成功感染并定植于人小腸與肺來源的上皮類器官中，該類器官模型能支持寄生蟲的侵入與存活，模擬生理性感染過程[4]。
目前，關于微生物感染類器官的方法主要有以下幾種：
可以。目前在疫苗研發應用最廣的是扁桃體類器官，利用類器官樣本與流感等抗原共同孵育，結合基線血液和組織多維度測試，分析不同時間點免疫細胞組成和激活、抗體特異性以及中和能力等[17]
1. 為了確保微生物能在適宜的環境下與類器官進行共培養，需要避免添加抑制其生長的抗生素；
2.對于厭氧微生物的共培養，需要調整氧氣濃度[5]；
3.根據微生物的需求，可額外補充碳源/氮源或其他代謝底物。
1、用熒光染料對微生物進行染色，有些可以追蹤它們在共培養中的行為長達1周[5]。
圖1. 顯微注射法實現微生物與類器官共培養[5]
2、也可以采用電鏡的方式直接觀察[18]。
圖2. 利用SEM（A）和TEM（B）觀察被病毒感染前（Mock）和感染后6小時（6 hpi）的類器官纖毛部分，箭頭部分為病毒[18]
3、還可以將類器官提取RNA，檢測微生物的16S rRNA的表達水平，在宿主細胞的管家基因歸一化之后即可表示感染情況[6] 。
圖3. 檢測16S rRNA表達水平評估細菌感染類器官的強度[6]
4、可以利用現有的滴度檢測方法，如Rotavirus Fluorescent Focus Assay (FFA)可以檢測輪狀病毒的產量[19]。
大體流程是一樣的，只是類器官的培養體系可能需要額外的操作步驟，如：對于非分泌型微生物，如果宿主類器官是包埋在基質膠內培養的，需要先將基質膠消化后，再進行收集或提取。
有這樣的微生物，如：諾如病毒（Norovirus, NV）。諾如病毒于1972年由Kapikian等在美國諾瓦克市腹瀉暴發事件中首次分離，NV只能使用類器官培養主要是有以下幾個原因：
1、該病毒可在腸上皮細胞中檢測到，但在傳統細胞系中難以穩定復制；
2、該病毒具有高度物種專一性，無法通過常規實驗動物模擬人類感染；
3、而經過實驗驗證，該病毒可以感染腸道類器官并且實現有限復制[20]。
基于類器官獨特的3D結構，有些實驗是無法用二維細胞完成的：
1、特定微生物的體外擴增只能在類器官中完成，如上文提到的諾如病毒[20]；
2、類器官的三維結構可以用于模擬體內的微生物定植環境，進行微生物定植相關的研究[21]；
3、細胞系的基礎性質與它們來源的細胞有很大差異，如：肝細胞系與其相關的原代細胞進行比較時，觀察到轉錄組學和蛋白質組學表達的偏差[22]，可能影響感染數據的準確性；
4、由于類器官的藥敏測試與臨床結果更接近，因此在抑菌/抑制病毒等藥物的研發、以及引入免疫細胞后的免疫效果評估會更準確。
感染前的微生物最好做一些數量及活性的評估，以下步驟可按需選擇：
1、確保微生物結構的完整性；
2、確保微生物的活力：細菌在感染前可以先做生長曲線，最好在對數期時使用；真菌可選擇鈣熒光白（CFW）染色確認活性；寄生蟲可以在顯微鏡下確定數量與發育階段，并在鏡下觀察蠕動或游動；
3、預實驗確定MOI，之后可按需選擇濃縮步驟。
Toshiro Sato等人[23]開發了一種名為 iHACS（腸道半厭氧共培養系統）的新技術，它可以模擬人類結腸上皮細胞和腸道厭氧菌的共生環境。該系統包含一個低氧的頂端室和一個常氧的基底室，允許厭氧菌在低氧環境下生長，同時維持上皮細胞的活力。
圖4. 使用Transwell的腸類器官和厭氧微生物群的共培養體系示意圖[23]
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參考文獻
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