類器官培養

近10年來，3D細胞培養和干細胞研究領域的巨大進展，使類器官模型成為新興的疾病研究和藥物研發工具。類器官是一種在體外進行培養的，與對應在體內器官或組織在功能與結構方面類似的3D器官樣結構的聚集體。由于類器官在體外具有體內器官的關鍵結構和功能特征，這一模型較傳統2D細胞培養具有顯著優勢，在器官發育（器官發生）¹、疾病建模²和毒性檢測³方面極具潛力。類器官還正被用作生理相關模型來開發新的候選治療藥物⁴，和用于癌癥表型分析⁵。

從來自干細胞、祖細胞、人多能干細胞（hPSC；胚胎干細胞和誘導性多能干細胞）的球狀體到組織塊再到完整器官外植體的各種原材料都可以生成類器官。對于胚胎和誘導性多能干細胞，自我更新和分化成所有類型細胞的能力促使其自組織成為類器官。器官祖細胞可生成器官中存在的所有不同類型細胞和組織特異性細胞。來自個體患者的腫瘤類器官提高了對自身組織的概括性，因此為個體化治療提供了機會⁶。此外，通過聯合CRISPR-Cas9基因組編輯和類器官培養，研究者們可以評估在某些癌癥中發現的患者特異性突變的DNA修復，并進行遺傳學篩查⁷。

圖1 不同類型類器官培養（來自康寧）

類器官培養流程

圖2 類器官培養流程及康寧產品應用（來自康寧）

康寧Matrigel基質

有多家實驗室已成功通過各種原料使用不同的類器官培養方法培養了組織和器官特異性類器官。類器官培養的關鍵考慮因素包括選擇影響細胞生長、增殖、分化和成熟的信號傳導分子、生長因子、支架/細胞外基質（ECM）和培養基條件。水凝膠，如康寧Matrigel^?基質和康寧^?膠原，是類器官培養中支持細胞擴增的常用支架，可與來自正?；虿∽兘M織的干細胞和/或器官祖細胞混合，從而創建腎臟、甲狀腺、肝臟、腦、肺、腸、前列腺和胰腺的迷你器官。這些水凝膠還可作為生物墨水，以便在3D生物打印期間實現活細胞/類器官的精確定位和嵌入⁸。

康寧類器官培養專用Matrigel基質是經過優化、并驗證可支持類器官生長和分化的細胞外基質。通過以下驗證，康寧類器官培養專用Matrigel基質滿足了成功培養類器官的一致性和可靠性需求：

經驗證可支持類器官培養物的生長和分化，包括：

? 長期培養小鼠小腸類器官，7代以上仍具有典型的類器官出芽形態和標記物表達⁹；

? 培養原代人氣道上皮細胞并分化成極化的3D上皮¹⁰。

? 每個批次均測量彈性模量。彈性模量指征了用于類器官實驗所需的基質剛度。

? 每個批次均被驗證可形成穩定的“3D圓頂”結構?！?D圓頂”是類器官培養中常用的一種方式。

? 被證明用健康或患病細胞均可成功培養類器官¹⁰。

作為一種優化的細胞外基質，康寧類器官培養專用Matrigel基質免除了耗時的篩選和驗證過程，實現了類器官研究中必不可少的可重復性和一致性。

圖3  Matrigel基質中的類器官培養方法（A）on-top培養。在預鋪的一層Matrigel上培養細胞。

（B）3D-嵌入培養。細胞與Matrigel凝膠混合，形成支持形成類器官的結構（來自康寧）

類器官帶來了器官發生、疾病模型以及患者個性化治療的進展。將來自正?；蚧疾〗M織的干細胞或器官祖細胞與康寧Matrigel基質混合，可用于產生腎臟、甲狀腺、肝臟、腦、肺，腸、前列腺、胰腺、乳房、食道和卵巢的微器官。由于康寧Matrigel基質與體內環境極為相似，可提供必要的生長因子、蛋白以及所需的基質結構，已成為類器官應用最廣、發表文章最多的水凝膠。

圖4  康寧類器官培養專用Matrigel基質中生長的腸道類器管，表現出典型的出芽形態和標志物表達

（波形蛋白、粘蛋白-2、絨毛蛋白、嗜鉻粒蛋白和溶菌酶）⁹

圖5  在康寧類器官培養專用Matrigel基質中生長的氣道類器官，表達基底細胞（綠色）、

纖毛細胞（紅色）和杯狀細胞（橙色）的典型分化標志物¹⁰

康寧細胞外基質（ECM）蛋白和高級表面

康寧生長因子

Corning^?類器官培養相關產品

類器官模型匯總

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[ Corning類器官培養專用Matrigel基質 ]

[ 康寧類器官培養產品選擇指南 ]

參考文獻

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