類器官培養(yǎng)指南大全
—— 一文帶您深度了解類器官
類器官(Organoid)是在體外，經(jīng)過3D培養(yǎng)，能夠在體外模擬正常（或疾?。顟B(tài)下體內(nèi)器官（或組織）的三維結(jié)構(gòu)和生理功能。通俗點講，類器官是三維細胞培養(yǎng)物，將干細胞培養(yǎng)于基質(zhì)膠中，在化學(xué)小分子抑制劑/激活劑、細胞因子、培養(yǎng)基添加劑等物質(zhì)作用下經(jīng)過培養(yǎng)得到的相應(yīng)器官類似的組織結(jié)構(gòu)。
類器官擁有自我更新能力，能維持來源組織的生理結(jié)構(gòu)和功能，享有“培養(yǎng)皿中的微器官”之稱。利用干細胞的自我更新、分化能力以及自我組織能力，類器官可冷凍保存用作生物庫，也能無限擴增。類器官高度復(fù)雜，相對于2D細胞，更接近于體內(nèi)狀態(tài)。
圖1. 人結(jié)腸腺癌細胞的類器官培養(yǎng)[1]
類器官的特點是能更好地模擬體內(nèi)環(huán)境，適用于分子和細胞生物學(xué)分析，在動物和細胞水平之間，為腫瘤研究、藥物篩選、再生醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域提供了一個更好的解決方案，已被廣泛應(yīng)用于功能組織誘導(dǎo)、疾病模型建立、藥物篩選、抗炎試驗、臨床端研究等多個方面的研究，在基礎(chǔ)研究和轉(zhuǎn)化應(yīng)用中具有很大的應(yīng)用前景。
隨著類器官培養(yǎng)系統(tǒng)和實驗技術(shù)的不斷發(fā)展，類器官培養(yǎng)已用于各種組織和器官，包括腸道（小腸/結(jié)腸）、胃、肝臟、心臟、肺、前列腺、胰腺、腎臟、乳腺、腦類、視網(wǎng)膜以及內(nèi)耳等。
以腫瘤干細胞為來源的類器官也開始在幫助了解腫瘤發(fā)生發(fā)展機制、篩選藥物敏感性、促進精準醫(yī)療與個性化診療方面展現(xiàn)出巨大潛力。來自Cell、Science多篇文獻顯示，類器官在預(yù)測抗癌藥物有效性上，具有極高的靈敏度和特異性。近來，腫瘤類器官已表現(xiàn)出預(yù)測患者對癌癥藥物的反應(yīng)、幫助制定個性化用藥方案方面的作用。
1. 研究發(fā)育機制：類器官具有的分化能力，可用于胚胎發(fā)育過程及其機制的研究。
調(diào)控Wnt、BMP等信號通路誘導(dǎo)的過程，可研究腦類、胰腺和胃等器官的發(fā)育。[2][3][4]
2. 建立疾病損傷模型：類器官誘導(dǎo)的特定組織或器官，可用于特定疾病模型的研究。
趙冰、林鑫華團隊?wèi)?yīng)用人源類器官感染模型研究病毒(SARS-CoV-2)感染和損傷肝臟的分子機制，為病毒致病機制研究和后續(xù)藥物開發(fā)提供了重要工具。[5]
北大生科院鄧宏魁研究組用小分子和細胞因子來刺激，在體外構(gòu)建了具有損傷再生特征的新型小腸類器官—Hyper類器官。該類器官具有能夠長期傳代擴增并保持基因組，促進結(jié)腸組織的損傷修復(fù)，減輕急性結(jié)腸炎動物模型的病理學(xué)癥狀等特點。[6]
3. 再生醫(yī)學(xué)：干細胞來源的類器官，能夠修復(fù)或替代受損或病變的組織以恢復(fù)正常的組織功能，在細胞療法上具有廣泛的應(yīng)用價值，包括用于其他神經(jīng)退行性疾病、糖尿病、心血管疾病、視網(wǎng)膜病變和脊柱損傷等。
作為再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的一種新型治療方式—DA01，利用小分子SB-431542 (Cat#53004ES)、LDN193189 (Cat#53012ES)、CHIR-99021 (Cat#53003ES)和Y-27632 (Cat#53006ES, Cat#52604ES)以及Sonic Hedgehog (Shh)蛋白(Cat#92566ES, Cat#92589ES)，刺激多能干細胞分化為多巴胺能神經(jīng)元，并移植入晚期帕金森病患者大腦的受傷區(qū)域內(nèi)，為該病的治療提供新的方向和思路。[7]
4. 藥物毒性和功效測試：利用類器官來驗證新藥在特定器官或組織的藥代毒性，為新藥研發(fā)提供數(shù)據(jù)支持。
使用Hyman腎臟類器官來驗證Cisplatin（順鉑）的腎毒性。[8]
5. 藥物篩選：來源于干細胞的類器官能夠用于藥物反應(yīng)的離體測試，為藥篩提供理論支持。
結(jié)腸類器官可用于研究CFTR突變患者的用藥方案，腫瘤類器官可用于評估患者的個體化用藥情況。[9]
正常類器官主要來源于干細胞，干細胞包括多能干細胞（Pluripotent stem cells, PSCs）和成體干細胞（Adult stem cells, ASCs），其中多能干細胞包括胚胎干細胞（Embryonic stem cells, ESCs）、誘導(dǎo)多能干細胞（Induced pluripotent stems cells, iPSCs）。成體干細胞相比多能干細胞，優(yōu)勢是建模簡便快捷，但劣勢是構(gòu)建的類器官結(jié)構(gòu)相對比較簡單。多能干細胞構(gòu)建的類器官結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜。
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類器官培養(yǎng) |
所需小分子化合物 |
所需細胞生長因子 |
培養(yǎng)基及添加劑 |
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Y-27632、A 83-01、DAPT、Forskolin、Gastrin、Nicotinamide、Prostaglandin E2 |
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Y-27632、SB-202190、A 83-01、Nicotinamide、Prostaglandin E2、Testosterone |
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Here gulin β-1、R-Spondin 1、R-Spondin 2、Noggin、EGF、 FGF-basic、FGF-10、Wnt-3a、Prolactin |
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類器官培養(yǎng)中常用的小分子（匯總）：超實用，別忘了收藏哦！
? Y-27632 (Cat#53006ES, Cat#52604ES) : 是Rock的強效抑制劑，對p160ROCK (Ki=140 nM)和ROCK-II (IC50=800 nM)產(chǎn)生ATP競爭性抑制作用, 也抑制PRK2 (IC50=600 nM)，一般在種板培養(yǎng)的第一次加入，后續(xù)換液培養(yǎng)可不添加。Y-27632 (10 µM)處理人胚胎干細胞1 h，可抑制干細胞的凋亡，提高克隆效率，延長細胞的傳代。
推薦工作濃度：10 μM
? SB-202190 (Cat#53005ES) : 是一種高效的p38 MAPK激酶抑制劑，靶向作用p38α/β。SB202190可誘導(dǎo)人胚胎干細胞向心肌細胞分化，促進神經(jīng)干細胞的自我更新，可用于胃腸道、乳腺類器官的培養(yǎng)。
推薦溶解濃度：10 mg加入3.018 mL的DMSO溶液溶解到10 mM，-20℃分裝保存。
推薦工作濃度：10 μM
? CHIR-99021 (Cat#53003ES) : 是一種氨基嘧啶衍生物, 作為GSK-3 (GSK3α/β)抑制劑，可誘導(dǎo)人胚胎干細胞向內(nèi)胚層分化，在腎臟和視網(wǎng)膜類器官培養(yǎng)中用到。CHIR-99021和其他試劑結(jié)合使用，能刺激體細胞重編程為干細胞。
推薦溶解濃度：5 mg加入3.58 mL的DMSO溶液溶解到3 mM，-20℃分裝保存。
推薦工作濃度：3 μM
? A 83-01 (Cat#53002ES) : 是Activin/NODAL/TGF-β通路抑制劑，抑制ALK5/4/7激酶活性，一般用于肝臟、前列腺以及乳腺類器官的培養(yǎng)，常被用于抑制iPSCs的分化，維持體外細胞的自我更新。
推薦溶解濃度：5 mg加入5.93 mL的DMSO溶液溶解到2 mM，-20℃分裝保存。（特別注意：該產(chǎn)品在溶液狀態(tài)下不穩(wěn)定，建議現(xiàn)配現(xiàn)用。）
推薦工作濃度：2 μM
? Gastrin I (Cat#53007ES) : 胃泌素是一種內(nèi)源性胃腸肽激素，刺激胃壁細胞分泌胃酸，是一種非常重要的多肽類激素。胃泌素與膽囊收縮素B受體(CCKBR)結(jié)合，提高細胞內(nèi)Ca2+、促進磷酸肌醇的生成和蛋白激酶C的激活。胃泌素還參與胃上皮細胞的增殖和分化，并用于胃腸道類器官的研究。腸道及肝臟類器官培養(yǎng)時，需要添加胃泌素來延長類器官的存活時間。
推薦溶解濃度：1 mg加入2.38 mL的1%氨水溶液溶解到0.2 mM，-20℃分裝保存。
推薦工作濃度：10 nM
? Nicotinamide煙酰胺(Cat#51402ES) : 是一種B3維生素，參與多種酶促氧化還原反應(yīng)，可用于胃腸道、肝臟以及乳腺類器官的培養(yǎng)。煙酰胺與細胞因子、其他生化試劑一起能發(fā)揮抗炎特性，并促進間充質(zhì)干細胞分化成胰島素生成細胞，抑制sirtuins活性，并用于促進類器官的形成和延長類器官的壽命。
推薦溶解濃度：100 mg加入8.19 mL的H2O（或DMSO）溶解到100 mM，-20℃分裝保存。
推薦工作濃度：10 mM
? Forskolin毛喉素(Cat#51001ES) : 可以激活腺苷環(huán)化酶，常用于提高細胞內(nèi)cAMP的水平。Forskolin誘導(dǎo)多種類型細胞的分化并激活PXR和FXR，具有血小板抗凝集和降壓作用，與其他小分子聯(lián)合使用時，可誘導(dǎo)成纖維細胞重編程為iPSCs。肝臟類器官培養(yǎng)的過程中必須添加該物質(zhì)。
推薦工作濃度：1-10 μM
? Prostaglandin E2 (Cat#60810ES) : 前列腺素E2 (PGE2)調(diào)節(jié)許多生理系統(tǒng)，與特異的受體結(jié)合后可介導(dǎo)細胞增殖、分化，在肝臟類器官和前列腺類器官培養(yǎng)時需要添加，與平滑肌疏松、炎癥、生育、睡眠周期調(diào)節(jié)和胃粘膜完整性有關(guān)。
推薦溶解濃度：1 mg加入0.28 mL的DMSO溶液溶解到10 mM，-20℃分裝保存。
推薦工作濃度：500 nM
? N-acetyl-L-Cysteine (Cat#50303ES) : N-乙酰-L-半胱氨酸(NAC)是抗氧化劑谷胱甘肽的前體，具有抗氧化作用，也是一種ROS抑制劑，抑制神經(jīng)元細胞凋亡，在大多數(shù)類器官的培養(yǎng)過程中都需要添加該物質(zhì)。
推薦溶解濃度：2 g加入24.51 mL的H2O（或DMSO）溶解到500 mM，-20℃分裝保存。
推薦工作濃度：1 mM
小分子化合物（抑制劑/激活劑）
小分子化合物產(chǎn)品可參與Yeasen發(fā)SCI贏獎勵金活動
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產(chǎn)品名稱 |
貨號 |
規(guī)格 |
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53001ES |
100 mg/500 mg/1 g |
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53002ES |
1 mg/5 mg/10 mg |
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53003ES |
2 mg/5 mg/10 mg |
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53004ES |
5 mg/10 mg/50 mg |
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53005ES |
5 mg/10 mg/25 mg |
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53006ES |
1 mg/5 mg/10 mg |
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53007ES |
1 mg/5 mg |
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53008ES |
1 mg/5 mg/10 mg |
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53009ES |
1 mg/5 mg/10 mg |
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53010ES |
1 mg/5 mg/10 mg |
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52604ES |
5 mg/10 mg/25 mg |
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51402ES |
1 g/5 g |
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52104ES |
5 mg/25 mg |
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51001ES |
10 mg/50 mg/100 mg/1 g |
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60810ES |
1 mg |
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60803ES |
1 g/5 g |
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50303ES |
2 g |
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53016ES |
5 mg/10 mg/25 mg |
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53012ES |
5 mg/10 mg |
培養(yǎng)基及添加劑
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產(chǎn)品名稱 |
貨號 |
規(guī)格 |
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60110ES |
100 g/500 g |
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60701ES |
20 mL/100 mL/500 mL |
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Penicillin-Streptomycin (100×), Suitable for Cell |
60162ES |
100 mL |
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60703ES |
10 mL |
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60706ES |
5 mL |
細胞因子
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產(chǎn)品名稱 |
貨號 |
規(guī)格 |
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91702ES |
10 μg/100 μg/500 μg |
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92051ES |
10 μg/100 μg/500 μg |
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92275ES |
20 μg/100 μg/500 μg |
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92701ES |
100 μg/500 μg |
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91330ES |
10 μg/100 μg/500 μg |
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91303ES |
5 μg/100 μg/500 μg |
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91305ES |
5 μg/100 μg/500 μg |
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91306ES |
5 μg/100 μg/500 μg |
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92102ES |
10 μg/100 μg/500 μg |
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92528ES |
5 μg/100 μg/500 μg |
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92711ES |
10 μg/100 μg/500 μg |
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92274ES |
100 μg/1 mg |
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92566ES |
5 μg/100 μg/500 μg |
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90604ES |
5 μg/100 μg/500 μg |
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90606ES |
10 μg/100 μg/500 μg |
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92053ES |
10 μg/100 μg/500 μg |
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Recombinant Human HGF |
92055ES |
5 μg/100 μg/500 μg |
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Recombinant Human BDNF |
92129ES |
5 μg/20 μg/100 μg |
小課堂：小分子化合物是指分子量小于1000 Da（尤其小于500 Da），具有生物學(xué)活性的化合物。小分子化合物與細胞因子和蛋白不同，小分子可以透過細胞膜進入細胞，發(fā)揮相應(yīng)的生物學(xué)功能。小分子化合物的作用靶點眾多，已廣泛應(yīng)用于干細胞、類器官、免疫學(xué)、神經(jīng)生物學(xué)、表觀遺傳學(xué)、細胞凋亡、離子通道、腫瘤學(xué)和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)等生命科學(xué)中諸多重要的研究領(lǐng)域。
翌圣生物的小分子產(chǎn)品線覆蓋全、種類多，產(chǎn)品純度高、經(jīng)過嚴格質(zhì)檢，品質(zhì)保證，專業(yè)的售前售后技術(shù)團隊，產(chǎn)品價格優(yōu)、性比價高。我們堅持以高品質(zhì)的產(chǎn)品服務(wù)于客戶，助力您的科學(xué)研究！
參考文獻：
[1] Sato T, Stange DE, et al. Long-term expansion of epithelial organoids from human colon, adenoma, adenocarcinoma, and Barrett's epithelium. Gastroenterology. 2011 Nov;141(5):1762-72. doi: 10.1053/j.gastro.2011.07.050. Epub 2011 Sep 2. PMID: 21889923.
[2] Lancaster MA, Renner M, et al. Cerebral organoids model human brain development and microcephaly. Nature. 2013.501(7467):373-379. http://dx.doi.org/10.1038/nature12517.
[3] Greggio C, et al. Artificial three-dimensional niches deconstruct pancreas development in vitro. Development. 2013.140(21):4452-4462. http://dx.doi.org/10.1242/dev.096628.
[4] McCracken KW, et al. Modelling human development and disease in pluripotent stem-cell-derived gastric organoids. Nature. 2014.516(7531):400-404. http://dx.doi.org/10.1038/nature13863.
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[7] BlueRock Therapeutics Announces First Patient Dosed with DA01 in Phase 1 Study in Patients with Advanced Parkinson’s Disease. BlueRock Therapeutics Press Release: June 8, 2021.
[8] Takasato M, Er PX, et al. Kidney organoids from human iPS cells contain multiple lineages and model human nephrogenesis. Nature. 2015.526(7574):564-568. http://dx.doi.org/10.1038/nature15695.
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