含正常比例星形胶质细胞的皮质类器官构建方法

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星形胶质细胞（Astrocytes）是大脑组织中最为丰富的一类神经胶质细胞（Glial cell），不仅发挥支架/支持作用，同时还参与损伤修复、神经递质代谢、信息传递、维持神经元周围离子平衡、神经免疫调节等过程，扮演重要功能角色。

传统皮质类器官（Cortical Organoid）培养系统由于皮质中胶质细胞分化增殖延时（滞后），导致脑皮质类器官中缺乏合适比例的星形胶质细胞，无法更好模拟体内真实细胞比例和微环境，极大限制了皮质类器官模型在大脑发育（Brain Development）和脑疾病发病机制（pathogenesis of Brain Disorders）研究中的应用。

图1|神经胶质细胞及其分类示意图

近日（2025/1/18），美国加州索尔克生物研究所遗传学实验室Fred H Gage团队在Nature Biotechnology (IF:33)杂志发表了题为“Morphological diversification and functional maturation of human astrocytes in glia-enriched cortical organoid transplanted in mouse brain”。

该研究优化了传统皮质类器官构建方法，成功构建了含有正常比例星形胶质细胞的脑皮质类器官（细胞占比25-31%），且进一步类器官脑内移植实验显示，移植后的类器官能稳定产生神经元和多种亚群的星形胶质细胞，能实现再现星形细胞多样性和促进星形细胞功能成熟。

在此基础上，Fred H Gage还探索了富含星形胶质细胞的皮质类器官模型在急性炎症研究中的应用，并发现星形细胞的一个亚群，在细胞因子刺激下快速激活促炎信号通路。

最后，该研究在还揭示了：在反应性星形胶质细胞中，CD38信号在介导细胞代谢和线粒体应激中扮演重要角色。总的来说，该模型为研究人类星形胶质细胞的功能提供了一个强大的平台。

含正常比例星形胶质细胞的皮质类器官的构建方法

Part-1hiPSCs/hESCs细胞培养

干细胞用培养基（STEMCELL Technologies, 85850）重悬后并计数，调整细胞浓度，接种于基质胶（干细胞专用基质胶，品牌：Orgmatrix，货号：141010）包被的培养板，置于5% CO2湿热培养箱中静态培养，通常每3-6天传代1次，传代比例约1:6。干细胞能在体外扩增20-40代次，使用前进行支原体检测，确保无污染。

图2 | 含正常比例星形胶质细胞的皮质类器官培养进程

Part-2胚状体制备

选择培养中状态良好的干细胞，用1 mg/ml Ⅵ型胶原酶消化在37℃下消化细胞20-40 min，然后用细胞刮机械分离细胞。解离后去除培养基，添加新鲜培养基（含10 mM ROCK inhibitor Y-27632），然后细胞接种于低细胞吸附能力培养板中静态培养2天。

Part-3类器官培养1-14d

胚状体培养基更换为星形胶质细胞培养基（AstroM; ScienCell, 1800），并添加2% FBS、500 ng/ml Noggin（R&D Systems, 6057-NG）、10 ng/ml PDGF-AA（Proteintech, HZ-1215）、1× 2-巯基乙醇。持续培养至第14天。

Part-4类器官培养15-21d

类器官接种至6孔板中（超低吸附培养板），每孔接种10-12个类器官，并转移到定轨震动摇床（75-rmp），置于5% CO2湿热培养箱中静态培养，培养基为形状细胞培养基添加AGS，10 ng/ml PDGF-AA，1× 2-巯基乙醇。持续培养1周。

Part-5类器官培养22-60d

培养基更换为含Gluta MAX的DMEM/F-12，并添加Glutamax、1× N2添加物、1× B27（without RA; Thermo Fisher Scientific, 12587010）、1×MEM-NEAA （Thermo Fisher Scientific, 11140050）, 10% FBS以及1×2-巯基乙醇。持续培养至第60天。

Part-6类器官培养61d

类器官培养至第60天后，上一步骤中培养基添加20 ng/ml BDNF（BDNF; R&D Systems, 248-BDB）、20 ng/ml GDNF（GDNF; R&D Systems, 212-GD）、0.2 mM抗坏血酸（维生素C）（AA; STEMCELL Technologies, 72132）和0.5 mM环腺苷酸（cAMP; Tocris Bioscience, 1141）。持续培养，每隔一天更换一次培养基。

Part-7荧染色鉴定星形胶质细胞

利用细胞分子标志物GFAP, EOMES, CTIP2, SATB2, SOX2, NeuN等通过免疫荧光染色，分析优化升级后的类器官中各种细胞类型、大体比例及其分布。

图3 |皮质类器官中星形胶质细胞鉴定

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