类器官培养选多能干细胞or成体干细胞 [复制链接]

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多能干细胞or成体干细胞？

类器官在器官发育、疾病建模、药物开发和器官再生的研究中具有巨大的潜力。来自不同组织的类器官已经从成体干细胞(ASCs)和多能干细胞(PSCs)中建立，它们可以在培养中无限增殖，具有分化和重组的能力，以模仿它们的源器官。

由于不同的细胞类型起源于不同的发育阶段和遵循不同的路径，因此，在研究类器官形成机制时，起始细胞群的选择尤为重要。

图1.ASCs和PSCs衍生的类器官培养方案[1]

A:源于ASCs的类器官：原发组织活检或切除组织制备成单细胞悬液，然后立即嵌入细胞外基质(ECM)中，随着组织的生长而变化，添加并定期改变培养基中的多种生长因子，直到类器官扩大(Expanded)。B:源于PSCs衍生的类器官：PSCs的2D干细胞培养物(球状体)被嵌入细胞外基质，在3D培养基根据最终需要的组织类型的特定分化信号进行培养。

类器官内细胞的组成和组织是由正在生长的组织的特性决定的，这反过来又影响了类器官的整体大小和形状。

PSCs衍生的类器官

PSCs来源的类器官对于不易获得组织样本的器官，例如大脑的建模和模拟器官发生的发育过程是极富有前景的平台。一些类型的类器官仅能由PSCs构建，包括神经外胚层类器官，如视神经杯和大脑类器官，以及中胚层肾脏类器官。

内胚层衍生的上皮类器官，如胃肠道和呼吸类器官，也可以由PSCs构建。PSCs可以分化成内胚层祖细胞，然后嵌入富含ECM蛋白的基质中，它们在适当的刺激下成熟，形成类似于天然器官的结构。与其ASCs衍生的类似物相比，它们还包含间充质层，通常较大，但一旦建立，就不能通过简单的传代“再繁衍”。

从ESCs/iPSCs产生的类器官有(神经外胚层)视神经杯、大脑、腺垂体、小脑；(内胚层)胃、小肠、肝脏、肺、甲状腺；(中段中胚层)肾。

图2.由PSCs生长的各种类器官和发育信号[2]

在体外，PSCs衍生的类器官很难达到成体组织阶段，通常类似于胎儿期组织，其原因有两种可能：一是类器官发育需要长时间的条件限制培养，而实际培养能力有限；二是由于体外完全重现胚胎发育过程的能力有限，PSCs衍生类器官细胞丢失与共发育细胞之间的关键相互作用。

ASCs衍生的类器官

ASCs衍生的类器官是通过直接解离感兴趣的组织(包含内在的ASC)，并在组织特异性生长因子条件下长时间培养来构建的。首个类器官的建立，就是通过Lgr5+构建的小肠类器官(见:肠道类器官培养基，固定搭配还是DIY？)。对于ASCs衍生的类器官，Wnt信号通路激活是其建立的关键。这些类器官来源于从单细胞分选或解剖组织碎片中获得的Lgr5+干细胞，它们在含有Wnt激活剂(如R-spondin1，在某些情况下还含有Wnt3a)的器官特异性培养基中生长。

ASCs衍生类器官方案比ESCs/iPSCs衍生类器官更简单，与PSCs衍生的类器官相比，从ASCs生成成熟类器官的过程仅需几天。表面外胚层谱系的类器官(特别是腺体组织)主要来自于ASCs或分离的成体组织。可以从人类ASCs培养出的类器官包括结肠、小肠、肝脏、前列腺、胰腺、输卵管、胃、舌和子宫内膜。

基于ASCs的类器官用于模拟各种疾病，通常利用来自单基因疾病患者的细胞建立。除了单基因疾病建模外，基于ASCs的类器官也已应用于癌症建模。在药物筛选方面，除了基本的药物筛选外，患者来源的类器官也适合在个性化治疗中进行筛选。

多能干细胞vs成体干细胞

源于ASCs的类器官模拟体干细胞的动态维持，而源于ESCs/iPSCs的类器官则概括了相应器官的发育。虽然两者都保留了原始细胞的遗传信息，源于ASCs的类器官倾向于直接复制原始的组织表型。相比之下，可能基于ESCs/iPSCs的多能性潜力，来自ESCs/iPSCs的类器官似乎能形成更复杂结构。然而实际上，ASCs构建类器官的Protocol比ESCs/iPSCs的更简单，因为ASCs已经致力于组织特异性分化。

图3.源于ESCs/iPSCs和ASCs的类器官的优点和局限性比较[3]

尽管PSCs和ASCs衍生的类器官都可以在培养物中长期生长，但它们有明显的差异，体现在它们所代表的发育阶段，所包含的细胞类型以及复杂性上。

从PSCs衍生的类器官比从ASCs衍生的类器官稍微复杂一些:胃肠道类器官就是一个明显的例子，源自ASCs的类器官仅包含器官特异性上皮细胞和干细胞，而源自PSCs的类器官则包含上皮细胞和间充质细胞，包括成纤维细胞和平滑肌，因为PSCs能够分化成任何细胞类型。

图4.已经建立的不同器官和组织的类器官培养[5]

今天，小M的介绍就到这里了，关于类器官培养，小伙伴还想知道什么呢？

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参考文献

1.NinoIakobachvili,PeterJPeters.HumansinaDishhePotentialofOrganoidsinModelingImmunityandInfectiousDiseases.FrontMicrobiol.Dec5;8:.2.HansClevers.ModelingDevelopmentandDiseasewithOrganoids.Cell.Jun16;(7):-.

3.NorikoWatanabe,KatherineESantostefano,NaohiroTerada,etal.Apathologistsperspectiveoninducedpluripotentstemcells.LabInvest.Oct;97(10):-.

4.HanbyeolLee,JeongSukIm,DaBinChoi,Dong-HunWoo.Trendsintheglobalorganoidtechnologyandindustryromorganogenesisinadishtothe