在適當(dāng)?shù)奈锢砗蜕€索條件下，原代組織或多能干細(xì)胞（誘導(dǎo)的多能干細(xì)胞（iPSC）或胚胎干細(xì)胞（ESC））可以產(chǎn)生類器官。
物理線索：為細(xì)胞附著和存活提供支持，包含膠原蛋白、纖連蛋白、巢蛋白和層粘連蛋白等。
生化線索：調(diào)節(jié)信號通路，從而影響增殖、分化和自我更新，包括視黃酸、GSK3β抑制劑（AR-A014418、GNF4877、AZD1080），TGFβ抑制劑（A 83-01、RepSox、SB525334）、HDAC抑制劑（SAHA、Trichostatin A、Valproic acid）、ROCK抑制劑（Y-27632、Y-27632 dihydrochloride、Fasudil法舒地爾、Hydroxyfasudil羥基法舒地爾、Y-33075、Chroman 1、GSK429286A、Thiazovivin）、EGF、FGF10、HGF、R-spondin、WNT3A、頭蛋白、激活素A、p38抑制劑（SB202190、PD 169316）和胃泌素。
類器官和類球體都是3D培養(yǎng)細(xì)胞。球狀體通常由癌細(xì)胞系或腫瘤活檢組織形成，為超低附著平板中的自由漂浮細(xì)胞聚集體，而類器官則來自嵌入在ECM水凝膠基質(zhì)（如基質(zhì)膠）中的組織干細(xì)胞。與球裝體相比，類器官高度復(fù)雜，更接近體內(nèi)狀態(tài)。
模型系統(tǒng)通過從分子至整個(gè)生物體水平概括身體過程與功能來促進(jìn)生物學(xué)研究。人體由以高度專門化方式組織的細(xì)胞和非細(xì)胞材料組成。用一種體外模型系統(tǒng)很難模擬人類生物學(xué)的所有方面。與在2D平面上生長細(xì)胞相比，3D細(xì)胞培養(yǎng)模型更能準(zhǔn)確地代表活體生物體中細(xì)胞所經(jīng)歷的自然環(huán)境。
現(xiàn)有細(xì)胞模型系統(tǒng)的局限性
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現(xiàn)有模型系統(tǒng) |
特點(diǎn) |
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動物模型 |
l 人類與動物生物學(xué)存在差異 l 在成像和高通量研究中的可用性有限 l 成本高昂 |
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2D細(xì)胞單層 |
l 細(xì)胞失去表型 l 缺乏細(xì)胞-細(xì)胞及細(xì)胞-基質(zhì)之間的相互作用 l 無法模擬體內(nèi)條件下的細(xì)胞功能和信號通路 |
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3D細(xì)胞聚集體 |
l 瞬間模擬細(xì)胞組織和相互作用 l 難以維持長期培養(yǎng) l 缺乏自我更新和分化的能力 |
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類器官 |
來源 |
培養(yǎng)條件 |
類器官中的細(xì)胞類型 |
參考文獻(xiàn) |
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胃
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hPSC多能干細(xì)胞 |
內(nèi)胚層誘導(dǎo)：Rock抑制劑（Y-27632）Cat#53006ES，52604ES 球狀體生成：視黃酸 類器官形成：視黃酸、EGF |
LGR5+ 細(xì)胞、粘液細(xì)胞、胃內(nèi)分泌細(xì)胞 |
1 |
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hAdSC脂肪干細(xì)胞 |
LGR5+ 細(xì)胞、小凹粘液細(xì)胞、腺體粘液細(xì)胞、主細(xì)胞和腸內(nèi)分泌細(xì)胞 |
2 |
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腸
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hPSC |
類器官形成：FGF4、WNT3A 成熟：RSpondin1、頭蛋白、EGF、FGF4、WNT |
腸細(xì)胞、杯狀細(xì)胞、潘氏細(xì)胞和腸內(nèi)分泌細(xì)胞 |
3 |
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hAdSC |
建立：EGF、Rspondin、頭蛋白、WNT3A、煙酰胺、胃泌素、TGFβ抑制劑（A 83-01、RepSox、SB525334）、p38抑制劑（SB202190、PD 169316） |
腸上皮衍生物和干細(xì)胞 |
4 |
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結(jié)腸 |
hAdSC |
建立：EGF、Rspondin、頭蛋白、WNT3A、煙酰胺、胃泌素、TGFβ抑制劑（A 83-01、RepSox、SB525334）、p38抑制劑（SB202190、PD 169316） |
上皮細(xì)胞和間充質(zhì)衍生物 |
4 |
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肝臟
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hAdSC |
建立：頭蛋白、WNT、ROCK抑制劑（Fasudil法舒地爾、Hydroxyfasudil羥基法舒地爾、Y-33075、Chroman 1、GSK429286A、Thiazovivin 分化：胃泌素、EGF、Rspondin、FGF10、肝細(xì)胞生長因子、煙酰胺、TGFβ抑制劑（A 83-01、RepSox、SB525334）、毛喉素 |
功能性肝細(xì)胞 |
5 |
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hiPSC |
內(nèi)胚層誘導(dǎo)：激活素A 肝臟特化：BMP4、FGF2、肝細(xì)胞生長因子 成熟：制瘤素 |
功能性肝細(xì)胞 |
6 |
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胰腺 |
hAdSc |
建立：TGFβ抑制劑（A 83-01、RepSox、SB525334）、頭蛋白、R-Spondin 1、WNT3A、EGF、FGF10、煙酰胺 |
上皮導(dǎo)管細(xì)胞 |
7 |
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前列腺 |
hAdSc |
EGF、R-Spondin1、頭蛋白、TGFβ抑制劑（A 83-01、RepSox、SB525334）、p38 MAPK激酶抑制劑（BIRB 796）、FGF10、FGF2、PGE2、煙酰胺和DHT |
分化的CK5+ 基底細(xì)胞和CK8+ 腔細(xì)胞 |
8 |
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肺 |
hPSC |
內(nèi)胚層誘導(dǎo)：激活素A 前腸內(nèi)胚層分化：BMP、TGFβ抑制劑（A 83-01、RepSox、SB525334）和Wnt抑制劑（IWP-2、IWP-4、Pyrvinium pamoate撲蟯靈） 腹側(cè)肺氣道祖細(xì)胞：Wnt、BMP、FGF、RA激活劑 肺類器官：Wnt、FGF、cAMP和糖皮質(zhì)激素 |
間充質(zhì)和肺上皮細(xì)胞 |
9 |
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腦 |
hPSC |
神經(jīng)誘導(dǎo)：N2補(bǔ)充劑、NEAA和肝素 分化：N2補(bǔ)充劑、2-巰基乙醇、胰島素 成熟：維生素A、視黃酸 |
祖細(xì)胞群，產(chǎn)生成熟的大腦皮層神經(jīng)元 |
10 |
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腎臟 |
hPSC |
中間中胚層誘導(dǎo)：Wnt、GSK3α抑制劑（SB 415286、SB 216763、AZD2858、BIP-135、BIO-acetoxime、CHIR-98014） 類器官形成：GSK3α抑制劑（SB 415286、SB 216763、AZD2858、BIP-135、BIO-acetoxime、CHIR-98014）、FGF9 |
腎元和內(nèi)皮細(xì)胞 |
11 |
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產(chǎn)品名稱 |
貨號 |
產(chǎn)品描述 |
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CHIR-99021 |
可增強(qiáng)小鼠和人類胚胎干細(xì)胞的自我更新 |
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SB-431542 |
ALK5/TGF-β type I Receptor抑制劑，抑制TGF-β信號通路 |
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LDN193189 (DM-3189) |
BMP（轉(zhuǎn)錄活性形態(tài)發(fā)生蛋白）信號通路抑制劑 |
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LDN-193189 HCl |
BMP（轉(zhuǎn)錄活性形態(tài)發(fā)生蛋白）信號通路抑制劑 |
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DAPT (GSI-IX,LY-374973) |
γ-分泌酶抑制劑：Notch信號通路抑制，促進(jìn)胚胎干細(xì)胞神經(jīng)分化 |
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Y-27632 |
ROCK的選擇性抑制劑，明顯降低胚胎干細(xì)胞分離誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡，提高克隆形成效率，還可以促進(jìn)體外培養(yǎng)的人角膜上皮細(xì)胞增殖 |
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Y-27632 dihydrochloride |
ROCK的選擇性抑制劑，明顯降低胚胎干細(xì)胞分離誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡，提高克隆形成效率，還可以促進(jìn)體外培養(yǎng)的人角膜上皮細(xì)胞增殖 |
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LY-411575 (LY411575) |
γ-分泌酶抑制劑：Notch信號通路抑制，促進(jìn)胚胎干細(xì)胞神經(jīng)分化和原代細(xì)胞增殖 |
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Valproic acid |
又名丙戊酸(VPA)，是HDAC抑制劑，激活Notch-1信號通路，激活Wnt依賴的基因表達(dá) |
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Repsox |
TGFβR-1抑制劑，誘導(dǎo)iPS細(xì)胞重編程 |
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Purmorphamine |
Smoothened激活劑：誘導(dǎo)成骨細(xì)胞分化，在多能間充質(zhì)祖細(xì)胞中表現(xiàn)出成骨誘導(dǎo)活性；促進(jìn)人紋狀體神經(jīng)干細(xì)胞分化 |
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Retinoic acid (維甲酸,維A酸) |
誘導(dǎo)胚胎干細(xì)胞分化為神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞，在細(xì)胞生長、分化和器官形成上發(fā)揮關(guān)鍵作用 |
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Forskolin毛喉素 |
腺苷酸環(huán)化酶激活劑，胞內(nèi)cAMP形成的誘導(dǎo)劑，對心臟有正性肌力作用，可誘導(dǎo)細(xì)胞自噬 |
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IWR-1 |
抑制Wnt/β-catenin信號通路，可作為人胚胎干細(xì)胞和小鼠的Wnt信號通路的拮抗劑，促進(jìn)β-catenin磷酸化 |
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SB 203580 |
p38 MAPK激酶抑制劑：促進(jìn)胚胎干細(xì)胞分化為心肌細(xì)胞，促進(jìn)胚胎干細(xì)胞增殖和自我更新 |
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SB-202190 |
高效的p38 MAPK激酶抑制劑，可誘導(dǎo)人胚胎干細(xì)胞向心肌細(xì)胞分化，促進(jìn)神經(jīng)干細(xì)胞的自我更新 |
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Dorsomorphin dihydrochloride |
p38 MAPK激酶抑制劑；促進(jìn)人內(nèi)皮祖細(xì)胞增殖；促進(jìn)人ES細(xì)胞分化為心肌細(xì)胞；增強(qiáng)小鼠ES細(xì)胞增殖和自我更新； |
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IDE1 |
可以滲透細(xì)胞的小分子物質(zhì)，可誘導(dǎo)人和小鼠胚胎干細(xì)胞分化為限定性內(nèi)胚層細(xì)胞 |
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IDE2 |
可以滲透細(xì)胞的小分子物質(zhì)，可誘導(dǎo)人和小鼠胚胎干細(xì)胞分化為限定性內(nèi)胚層細(xì)胞 |
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Wortmannin渥曼青霉素 |
PI3K抑制劑，而PI3K是限定性內(nèi)胚層形成的抑制性信號。PI3K抑制劑Wortmannin渥曼青霉素促進(jìn)限定性內(nèi)胚層的形成 |
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Trichostatin A |
組蛋白去乙?；敢种苿瑔为?dú)用于體外培養(yǎng)過程中細(xì)胞存活率低，和5-氮雜胞苷(5-Azacytidine)共培養(yǎng)，可提高細(xì)胞存活率 |
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5-氮雜胞苷 |
和Trichostatin A共培養(yǎng)，可提高細(xì)胞存活率 |
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A 83-01 |
TGF-β Ⅰ型受體抑制劑、ALK5抑制劑，可抑制TGF-β誘導(dǎo)的上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)移 |
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Nicotinamid煙酰胺 |
B3維生素，SIRT1抑制劑，在細(xì)胞生理學(xué)中發(fā)揮重要作用 |
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