AbMole小课堂：类器官培养中决定成败的抑制剂、细胞因子

AbMole小课堂：类器官培养中决定成败的抑制剂、细胞因子一、类器官的定义、分类及应用在生命科学的浩瀚星空中，类器官技术是一颗璀璨的新星。类器官技术的出现为疾病研究、药物筛选、个性化医学研究、系统发育、组织再生等领域带来了革命性的变化。类器官（Organoid），是通过体外三维（3D）培养技术形成的具有特定空间结构的组织类似物。这些类器官不仅与机体中的真实器官在组织学特征上展现出高度相似性，还能够很好地地重现对应器官的部分生理功能，因此被形象地称为“微型器官(Mini-Organ)”。根据类器官培养的起始细胞不同可将其分为三类：多能干细胞(Pluripotentstemcell，PSC)来源类器官、成体干细胞(Adultstemcell，ASC)来源类器官、肿瘤类器官。图1类器官的主要类型[1]1.PSC来源类器官哺乳动物的多能干细胞理论上具有无限自我更新并分化为几乎所有器官的能力，由于胚胎干细胞的伦理问题，目前应用于类器官的多能干细胞主要为诱导多能干细胞（iPSC），即通过重编程体细胞获得的多能干细胞。多能干细胞在3D培养环境中，在诱导定向分化的细胞因子及小分子抑制剂的作用下，可以模拟胚胎发育过程，即先定向分化为三个胚层（内胚层、外胚层和中胚层）的细胞，然后再分化形成特定的器官。因此PSC来源的类器官可以经历从胚状体到特定器官的发育路径，形成具有复杂空间结构和生理功能的组织模型。目前PSC来源的类器官主要用于精神遗传疾病的研究、神经生物学、发育生物学等领域。2.ASC来源类器官成体干细胞是指存在于人体成熟组织或器官中，具有自我更新能力和一定分化潜能的细胞，虽然成体干细胞的分化潜力相对于多能干细胞较为有限，但它们仍能在特定条件下分化为特定类型的细胞，形成具有特定功能的类器官。与PSC不同的是，ASC来源类器官无需经过重编程的步骤，直接采集组织样本并利用流式细胞术、磁珠分选等方法从单细胞悬液中分离出成体干细胞。接着，在含有相应细胞因子和抑制剂的培养基中对干细胞进行体外扩增和分化诱导。最后将分化后的细胞置于三维培养环境中，如使用基质胶（如Matrigel）作为支架来模拟体内细胞外基质的微环境以形成类器官。ASC来源类器官主要应用于研究成体组织生物学、组织再生和精准医疗。3.肿瘤类器官当前肿瘤的主要研究模型仍然是肿瘤细胞系和异种移植模型，由于造模效率不高、难以复制体内肿瘤异质性、基因组欠稳定、培养周期较长等原因，导致临床转化率极低。肿瘤类器官是经3D细胞培养系统建立的与初始肿瘤细胞特征高度相似的一种立体模型。在形态、结构和功能上与原发肿瘤高度相似，能够保留肿瘤的异质性，包括基因突变、表观遗传变化等。肿瘤类器官可用于抗癌药物筛选、药物毒性分析、寻找潜在治疗靶点等方面。图2肿瘤类器官用于生物学研究、基因扫描、药物筛选、个性化诊疗二、类器官培养常用的小分子抑制剂、细胞因子在真实的体内环境中，细胞的增值、分化和器官的形成都受到了严格的信号调控，因此在体外的培养环境中需要人为的添加一些特定信号通路的抑制剂、激动剂和细胞因子，这对于维持类器官的生长、分化和功能维持至关重要。1.Y27632（M1817）：ROCK抑制剂Y-27632可以抑制干细胞内Rho-ROCK介导的肌球蛋白过度活化以及由此产生的细胞收缩和死亡，因此Y-27632可促进干细胞的存活。绝大部分的类器官培养都需要用到Y27632，一般是第一次接板培养时添加，后续培养中则无需加入。2.A83-01（M5037）：TGF-β通路抑制剂TGF-β是细胞增殖和分化的重要调节因子，在类器官培养过程中，TGF-β信号通路的过度激活可能导致类器官的过度增殖和异常分化。A83-01是一种高效的Activin/NODAL/TGF-TGF-β通路抑制剂，可以抑制ALK5，ALK4和ALK7等激酶，以限制细胞的分化，主要用于肝脏、前列腺以及乳腺类器官的培养中。3.R-spondin-1（M31139）细胞因子R-spondin-1可通过激活Wnt信号通路，促进干细胞的增殖与分化，从而支持类器官中多种细胞类型的形成和维持。在多种类器官（如小肠类器官、肝脏类器官、乳腺类器官等）的培养中，R-spondin-1都是必需且长期使用的生长因子之一。4.Noggin（M9999）Noggin是一种分泌型同二聚体糖蛋白，也是骨形态发生蛋白（BMPs）的特异性抑制剂，通过结合并抑制BMPs的活性，从而调控细胞的增殖和分化。在类器官培养过程中，Noggin通过抑制BMP信号通路来维持干细胞的未分化状态。这对于类器官的长期培养和扩增至关重要。在脑类器官、前列腺类器官、乳腺类器官、胰腺类器官、肺类器官、胃类器官、肝脏类器官以及小肠类器官等多种类器官的培养过程中，Noggin始终占据着至关重要的地位，也是最基础的类器官培养因子之一。5.EGF（M9415）EGF是一种强效生长因子，可刺激上皮发育、血管生成、抑制胃酸分泌、成纤维细胞增殖和培养中表皮细胞的集落形成。EGF几乎要用于所有的类器官以及肿瘤类器官的培养，EGF通过与其受体（EGFR）结合，激活下游信号通路，从而促进类器官中细胞的增殖和分化。6.FGF10（M10353）FGF10是一类多功能多肽生长因子家族成员之一，可调控细胞生长、增殖以及分化，并通过抑制BMP信号、提高Wnt信号的传导从而在类器官培养中发挥作用。在胃类器官和肿瘤类器官中最常用到。7.Forskolin（M2191）Forskolin是一种从毛喉鞘蕊花中提取出的二萜类天然产物，可以激活腺苷环化酶，常用于提高细胞内cAMP的水平，用于诱导多种类型细胞的分化，与其他小分子联合使用，可诱导成纤维细胞重编程为诱导多能性干细胞，在肝脏类器官培养的时候一般都需要添加Forskolin。8.GastrinI（M9320）GastrinI，也被称为胃泌素I，是一种由胃黏膜G细胞分泌的内源性胃肠肽激素。它在人体内发挥着多种重要的生理功能，主要通过与胆囊收缩素B受体（CCKBR）结合，促进胃蛋