类器官
近十年，干细胞领域迎来了类器官构建热潮，成为高分文献的常客。Nature 一则有趣的报道显示出类器官应用的冰山一角：科学家培育出毛囊类器官，可再生头发，这无疑是让「秃」如其来的脱发党心动不已的发现[1]。
类器官在药物筛选、毒性检测、疾病建模以及再生医学等方面具有广阔的前景，本文我们分享类器官技术原理、应用举例及构建过程，带你进一步走进这项热门技术。文末更有惊喜活动，不要错过！
类器官：更好的体外模型
缺少合适的体外模型来准确模拟特定组织和疾病状态，是制约基础研究和转化研究一个重要因素，由此诞生了类器官技术。
类器官是由干细胞分化而成、自我组合的 3D 结构，能复现组织和器官的某些特性。目前，研究人员已经模拟出了各种组织类型，包括胰脏、肝脏、肾脏、视网膜、大脑和肿瘤等，构建了多种类器官，为疾病研究和药物开发打开新世界的大门。
类器官由成体干细胞或诱导多能干细胞（iPSCs）诱导分化生成，采用生物支架可促进干细胞分化，支持类器官的形成。来源于 Engelbreth-Holm-Swarm（EHS）小鼠肉瘤细胞的生物支架，如 Cultrex® Basement Membrane Extracts，最常用于实验室，其中包含胶原蛋白、层粘连蛋白、巢蛋白和硫酸肝素蛋白聚糖等成分。培养基中还会广泛使用小分子，用于诱导类器官的生长和分化。
实例分析：一展类器官的实力
药物筛选是类器官的特色应用之一。众多研究发现，源自患者 iPSCs 的类器官可以展现疾病特征，有效地用于新疗法的临床前筛选。
ChP 类器官示意图[2]
例如，Pellegrini 及其团队借鉴人 iPSCs 生成大脑类器官的方案，向成熟培养液添加了 BMP-4 和 CHIR 99021，构建了脉络丛（choroid plexus，ChP）类器官。在 2016 年进行临床实验中发现 BIA 10-2474（一种脂肪酸酰胺水解酶抑制剂，有潜力治疗多种神经系统疾病）会对人产生神经毒性累积，但是在实验动物身上不会出现该情况。源自人 iPSCs 的 ChP 类器官同样会出现 BIA 10-2474 的毒性累积，表明该类器官模型比实验动物更适用于新疗法的毒性检测[2]。
疾病研究特别是肿瘤研究也是类器官一展身手的领域。肿瘤类器官采用患者活检组织生成，可用于多种不同的癌症类型，例如乳腺癌、前列腺癌、结肠癌和子宫内膜癌。
Maenhoudt 等人使用高分化浆液性卵巢癌（HGSOC）患者的癌组织，构建了卵巢癌（OC）类器官。这些肿瘤类器官表现出与原始肿瘤相同的表型和疾病特征。它们可作为研究肿瘤发生发展的模型，也可用于筛选新型抗肿瘤药物[3]。
此外，这些类器官还有一个潜在用途——个性化用药。源自不同患者的 OC 类器官对不同的常规化疗药物（例如紫杉醇、卡铂、吉西他滨和阿霉素）表现出不同的敏感性。因此，可通过其帮助临床医生选择个性化的治疗方案。
构建示例：新冠研究类器官模型
SARS-CoV-2 会感染人 2 型肺泡细胞，疫苗和疗法的开发需要研究清楚其致病机制，选择能模拟细胞病理和生理机能的模型便极为重要。科学家结合 3D 培养类器官技术，开发出一种无滋养层并可以长时间培养的 2 型肺泡细胞类器官模型[4]。构建方法如下：
取健康人的远端肺实质组织，消化后分离出 2 型肺泡细胞；
将分离出的 HTII-280+细胞与低生长因子（RGF）的 R&D Systems 基质胶（货号：3533-010-02）混合，然后与基础培养基（Base Media）1:1 混合，在 24 孔板的 transwell 上室中培养；
下腔室中添加肺泡细胞培养基（Alveolar Media），2～3 天换液一次；
前 48 小时培养基中加入 ROCK 信号通路抑制剂 Y-27632，从而促使细胞存活；
转移到 48 孔板中进行 3D 培养，以 5X103 个细胞/孔的密度包埋于 RGF 基质胶中；
培养板于 37 ℃ 下放置 30 分钟，使基质胶凝固成 20 μL 的小滴，每个孔加 250 μL 的 Alveolar Media；
在 21～35 天进行传代或者分析（根据细胞的状态来判断）。最终形成的类器官有多层和囊状的结构，其中包含了表达 pro-SFTPC、HTII-280 和 ABCA3 的成熟人 2 型肺泡细胞。
该类器官适用于 SARS-CoV-2 感染研究，后续步骤需要将基质胶溶解，并将类器官消化成单细胞后进行病毒感染操作。
培养基成分
Base Media
Alveolar Media
(Base Media + B27)
DMEM/F-12 (Cat.No. M23350)
human R-Spondin 1
(Cat.No. 4645RS)
250 ng/mL
HEPES (Cat.No. 3173)
10 mM
human EGF
(Cat.No. 236-EG)
50 ng/mL
Nicotinamide (Cat.No. 4106)
10 mM
human KGF
(Cat.No. 251-KG/CF)
100 ng/mL
N-Acetylcysteine
(Cat.No. 5619)
1 mM
human FGF-10
(Cat.No. 345-FG/CF)
100 ng/mL
Penicillin/Streptomycin
(Cat.No. B21210)
1 U/mL
human Noggin
(Cat.No. 6057-NG/CF)
100 ng/mL
SB 431542 (Cat.No. 1614)
10 μM
CHIR 99021 (Cat.No. 4423)
3 μM
Y-27632 (Cat.No. 1254)
10 μM
(day 1 and 2 only)
Amphotericin B
(Cat.No. 6930)
250 ng/mL
(days 1 -5)
新品揭秘：Cultrex™ Ultimatrix™ RGF BME
不久前的 2021 细胞生物学学术大会上，Bio-Techne 携新品惊艳亮相，吸引了不少学者的目光。
Cultrex™ Ultimatrix™ RGF BME 是一种可溶形式的基质胶，在多个方面改进了性能：提高拉伸强度、增强肌动蛋白/巢蛋白水平、增高总蛋白含量、增加透明度和纯度，同时减少对补充生长因子的依赖。这些改进使 Ultimatrix™ 成为一种理想的基质胶，可广泛应用于培养类器官、诱导多能干细胞扩增和分化、形成球状体以及其他 2D 和 3D 培养。
➣ 产品特征：
高蛋白浓度（10～12 mg/mL）；
富含巢蛋白（> 总蛋白的 8% 含量）；
减少生长因子（RGF）；
低内毒素特征（< 7 EU/mL）。
➣ 主要优势：
高批间一致性；
适用于类器官和多能干细胞培养；
针对 3D 培养优化的拉伸强度；
特别适用于圆顶包埋法。
比较使用 UltiMatrix（紫色）和其他品牌（灰色）的 BME：在 6 孔板中传代人 iPSCs（以 7.5 x 105 个细胞/孔接种）。每次传代时，收获细胞并采用血细胞计数器计数。与其他品牌基质胶相比，UltiMatrix 可以稳健地扩增 iPSCs。
➣ 产品规格：
【参考文献】
[1]. Jiyoon Lee ,et al. Hair-bearing human skin generated entirely from pluripotent stem cells. Nature. 2020 Jun;582(7812):399-404.
[2]. Laura Pellegrini, et al. Human CNS barrier-forming organoids with cerebrospinal fluid production. Science. 2020 Jul 10;369(6500):eaaz5626.
[3]. Nina Maenhoudt, et al. Developing Organoids from Ovarian Cancer as Experimental and Preclinical Models. Stem Cell Reports. 2020 Apr 14;14(4):717-729.
[4]. Jeonghwan Youk , et al. Three-Dimensional Human Alveolar Stem Cell Culture Models Reveal Infection Response to SARS-CoV-2. Cell Stem Cell. 2020 Dec 3;27(6):905-919.e10.
图文来源：Bio-Techne
题图来源：站酷海洛
内容审核：刘果、陆雯芸
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