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类器官 (Organoid) 的潜力与价值
387 人阅读发布时间：2023-04-21 14:12
类器官模型的发展
类器官模型最初始于动物胚胎的体外培养实验，到后来透过细胞外基质培养以及调控人类胚胎干细胞分化的方式，逐渐使传统的细胞培养模式进步到3D的空间结构。后来在2009年，一项具有里程碑意义的研究发现，表达G蛋白偶联受体5 (Lgr5) 的成人肠干细胞可以在基质胶中分化成隐窝绒毛结构形成3D肠类器官。为之后其他系统的类器官奠定了基础，到目前包括胃、肝、胰、肺、肾、脑和视网膜，都已有类器官模型正在逐渐开发。
类器官的定义与应用
类器官模型是由诱导性多功能干细胞(Induced pluripotent stem cells, iPSCs)或成体干细胞 (Adult stem cells, AdSCs)衍生的一种三维培养系统，其特点包括:
◆ 能够建构出类似体内的来源组织或器官的复杂空间形态
相对传统二维细胞培养模型更能反映不同细胞间以及细胞与基质间的相互作用，理想状态下甚至能表现出相似的生理反应。
◆ 针对个体进行类器官模型建立
弥补传统临床前试验动物模型与人体的物种差异，又保留细胞模型能大规模进行筛选和基因编辑的优点，应用在药物有效性毒性的筛选及测试。
◆ 建立数据库
透过建立和比对一般人和病人的类器官模型，能帮助分析包含癌症、感染症和遗传性疾病的病理机制。
干细胞与类器官的培养
多能干、祖细胞分离技术的提升以及培养条件的优化与进步促进了类器官模型的发展。其中，类器官的来源干细胞主要有iPSCs和AdSCs，特点如下:
iPSCs或AdSCs在与细胞外基质(ECM)混合后，会在特定组合的生长因子培养下，能够分化成特定的组织细胞，并且组成相似器官的空间结构，其中Wnt、EGF、Noggin、R-spondin 1、FGF、BMP是主要影响大多数干细胞分化的重要生长因子，因此生产各式能促进干细胞生长、分化的重组蛋白，并兼顾其活性，将有助于干细胞培养及类器官模型的建立和研究。
类器官的限制与发展
虽然还有些困难需要克服，例如培养条件目前未标准化，各单位之间以不一样的protocol建立的模型，有比对上的限制。另一方面，目前许多的研究已开始使用动物模型测试类器官移植的有效性，因此相信类器官在未来的发展十分多元且具有潜力。
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文献参考：
类器官模型最初始于动物胚胎的体外培养实验，到后来透过细胞外基质培养以及调控人类胚胎干细胞分化的方式，逐渐使传统的细胞培养模式进步到3D的空间结构。后来在2009年，一项具有里程碑意义的研究发现，表达G蛋白偶联受体5 (Lgr5) 的成人肠干细胞可以在基质胶中分化成隐窝绒毛结构形成3D肠类器官。为之后其他系统的类器官奠定了基础，到目前包括胃、肝、胰、肺、肾、脑和视网膜，都已有类器官模型正在逐渐开发。
类器官的定义与应用
类器官模型是由诱导性多功能干细胞(Induced pluripotent stem cells, iPSCs)或成体干细胞 (Adult stem cells, AdSCs)衍生的一种三维培养系统，其特点包括:
◆ 能够建构出类似体内的来源组织或器官的复杂空间形态
相对传统二维细胞培养模型更能反映不同细胞间以及细胞与基质间的相互作用，理想状态下甚至能表现出相似的生理反应。
◆ 针对个体进行类器官模型建立
弥补传统临床前试验动物模型与人体的物种差异，又保留细胞模型能大规模进行筛选和基因编辑的优点，应用在药物有效性毒性的筛选及测试。
◆ 建立数据库
透过建立和比对一般人和病人的类器官模型，能帮助分析包含癌症、感染症和遗传性疾病的病理机制。
干细胞与类器官的培养
多能干、祖细胞分离技术的提升以及培养条件的优化与进步促进了类器官模型的发展。其中，类器官的来源干细胞主要有iPSCs和AdSCs，特点如下:
| Induced pluripotent stem cells (iPSCs) | Adult stem cells (AdSCs) |
| 体细胞经过Reprogramming | 培养组织干细胞 |
| 所需时间较长 | 时程相对短 |
| 细胞相对年轻，适合胚胎发育研究 | 细胞状态接近成熟个体，体外培养的时间相对长 |
| 细胞构成较复杂 (包含神经、血管、免疫细胞) |
细胞构成相对少 |
iPSCs或AdSCs在与细胞外基质(ECM)混合后，会在特定组合的生长因子培养下，能够分化成特定的组织细胞，并且组成相似器官的空间结构，其中Wnt、EGF、Noggin、R-spondin 1、FGF、BMP是主要影响大多数干细胞分化的重要生长因子，因此生产各式能促进干细胞生长、分化的重组蛋白，并兼顾其活性，将有助于干细胞培养及类器官模型的建立和研究。
类器官的限制与发展
虽然还有些困难需要克服，例如培养条件目前未标准化，各单位之间以不一样的protocol建立的模型，有比对上的限制。另一方面，目前许多的研究已开始使用动物模型测试类器官移植的有效性，因此相信类器官在未来的发展十分多元且具有潜力。
相关产品推荐：
| 产品名称 | 产品编号 |
| R-spondin 1，Human | CM181-5HP |
| Noggin，Human | CM172-5HP |
| EGF，Human | CM120-100HP |
| Wnt-3a，Human | coming soon…… |
| Activin A，Human/Mouse/Rat | CM118-5HP |
| FGF-basic，Human | CM091-20HP |
| BMP-2，Human | CM063-5HP |
| BMP-4，Human | CM065-5HP |
| BDNF，Human/Mouse/Rat | CM135-5HP |
| BMP-7，Human | CM068-5HP |
| FGF-10，Human | CM099-5HP |
| FGF-4，Human | CM093-5HP |
| FGF-9，Human | CM098-5HP |
| GDNF，Human | CM138-5HP |
| Sonic Hedgehog (shh)，，Human | CM174-5HP |
文献参考：
- https://www.sigmaaldrich.com/TW/en/technical-documents/technical-article/cell-culture-and-cell-culture-analysis/3d-cell-culture/3d-organoid-culture
2. https://www.nature.com/articles/s41580-020-0259-3
3. https://cellandbioscience.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13578-022-00775-w
4. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8026469/
5. https://www.nature.com/articles/s41392-022-01024-9
6. https://www.atcc.org/resources/culture-guides/organoid-culture-guide