AbMole小課堂：類器官培養(yǎng)中決定成敗的抑制劑、細胞因子一、類器官的定義、分類及應(yīng)用在生命科學(xué)的浩瀚星空中，類器官技術(shù)是一顆璀璨的新星。類器官技術(shù)的出現(xiàn)為疾病研究、藥物篩選、個性化醫(yī)學(xué)研究、系統(tǒng)發(fā)育、組織再生等領(lǐng)域帶來了革命性的變化。類器官（Organoid），是通過體外三維（3D）培養(yǎng)技術(shù)形成的具有特定空間結(jié)構(gòu)的組織類似物。這些類器官不僅與機體中的真實器官在組織學(xué)特征上展現(xiàn)出高度相似性，還能夠很好地地重現(xiàn)對應(yīng)器官的部分生理功能，因此被形象地稱為“微型器官(Mini-Organ)”。根據(jù)類器官培養(yǎng)的起始細胞不同可將其分為三類：多能干細胞(Pluripotentstemcell，PSC)來源類器官、成體干細胞(Adultstemcell，ASC)來源類器官、腫瘤類器官。圖1類器官的主要類型[1]1.PSC來源類器官哺乳動物的多能干細胞理論上具有無限自我更新并分化為幾乎所有器官的能力，由于胚胎干細胞的倫理問題，目前應(yīng)用于類器官的多能干細胞主要為誘導(dǎo)多能干細胞（iPSC），即通過重編程體細胞獲得的多能干細胞。多能干細胞在3D培養(yǎng)環(huán)境中，在誘導(dǎo)定向分化的細胞因子及小分子抑制劑的作用下，可以模擬胚胎發(fā)育過程，即先定向分化為三個胚層（內(nèi)胚層、外胚層和中胚層）的細胞，然后再分化形成特定的器官。因此PSC來源的類器官可以經(jīng)歷從胚狀體到特定器官的發(fā)育路徑，形成具有復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)和生理功能的組織模型。目前PSC來源的類器官主要用于精神遺傳疾病的研究、神經(jīng)生物學(xué)、發(fā)育生物學(xué)等領(lǐng)域。2.ASC來源類器官成體干細胞是指存在于人體成熟組織或器官中，具有自我更新能力和一定分化潛能的細胞，雖然成體干細胞的分化潛力相對于多能干細胞較為有限，但它們?nèi)阅茉谔囟l件下分化為特定類型的細胞，形成具有特定功能的類器官。與PSC不同的是，ASC來源類器官無需經(jīng)過重編程的步驟，直接采集組織樣本并利用流式細胞術(shù)、磁珠分選等方法從單細胞懸液中分離出成體干細胞。接著，在含有相應(yīng)細胞因子和抑制劑的培養(yǎng)基中對干細胞進行體外擴增和分化誘導(dǎo)。最后將分化后的細胞置于三維培養(yǎng)環(huán)境中，如使用基質(zhì)膠（如Matrigel）作為支架來模擬體內(nèi)細胞外基質(zhì)的微環(huán)境以形成類器官。ASC來源類器官主要應(yīng)用于研究成體組織生物學(xué)、組織再生和精準(zhǔn)醫(yī)療。3.腫瘤類器官當(dāng)前腫瘤的主要研究模型仍然是腫瘤細胞系和異種移植模型，由于造模效率不高、難以復(fù)制體內(nèi)腫瘤異質(zhì)性、基因組欠穩(wěn)定、培養(yǎng)周期較長等原因，導(dǎo)致臨床轉(zhuǎn)化率極低。腫瘤類器官是經(jīng)3D細胞培養(yǎng)系統(tǒng)建立的與初始腫瘤細胞特征高度相似的一種立體模型。在形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能上與原發(fā)腫瘤高度相似，能夠保留腫瘤的異質(zhì)性，包括基因突變、表觀遺傳變化等。腫瘤類器官可用于抗癌藥物篩選、藥物毒性分析、尋找潛在治療靶點等方面。圖2腫瘤類器官用于生物學(xué)研究、基因掃描、藥物篩選、個性化診療二、類器官培養(yǎng)常用的小分子抑制劑、細胞因子在真實的體內(nèi)環(huán)境中，細胞的增值、分化和器官的形成都受到了嚴(yán)格的信號調(diào)控，因此在體外的培養(yǎng)環(huán)境中需要人為的添加一些特定信號通路的抑制劑、激動劑和細胞因子，這對于維持類器官的生長、分化和功能維持至關(guān)重要。1.Y27632（M1817）：ROCK抑制劑Y-27632可以抑制干細胞內(nèi)Rho-ROCK介導(dǎo)的肌球蛋白過度活化以及由此產(chǎn)生的細胞收縮和死亡，因此Y-27632可促進干細胞的存活。絕大部分的類器官培養(yǎng)都需要用到Y(jié)27632，一般是第一次接板培養(yǎng)時添加，后續(xù)培養(yǎng)中則無需加入。2.A83-01（M5037）：TGF-β通路抑制劑TGF-β是細胞增殖和分化的重要調(diào)節(jié)因子，在類器官培養(yǎng)過程中，TGF-β信號通路的過度激活可能導(dǎo)致類器官的過度增殖和異常分化。A83-01是一種高效的Activin/NODAL/TGF-TGF-β通路抑制劑，可以抑制ALK5，ALK4和ALK7等激酶，以限制細胞的分化，主要用于肝臟、前列腺以及乳腺類器官的培養(yǎng)中。3.R-spondin-1（M31139）細胞因子R-spondin-1可通過激活Wnt信號通路，促進干細胞的增殖與分化，從而支持類器官中多種細胞類型的形成和維持。在多種類器官（如小腸類器官、肝臟類器官、乳腺類器官等）的培養(yǎng)中，R-spondin-1都是必需且長期使用的生長因子之一。4.Noggin（M9999）Noggin是一種分泌型同二聚體糖蛋白，也是骨形態(tài)發(fā)生蛋白（BMPs）的特異性抑制劑，通過結(jié)合并抑制BMPs的活性，從而調(diào)控細胞的增殖和分化。在類器官培養(yǎng)過程中，Noggin通過抑制BMP信號通路來維持干細胞的未分化狀態(tài)。這對于類器官的長期培養(yǎng)和擴增至關(guān)重要。在腦類器官、前列腺類器官、乳腺類器官、胰腺類器官、肺類器官、胃類器官、肝臟類器官以及小腸類器官等多種類器官的培養(yǎng)過程中，Noggin始終占據(jù)著至關(guān)重要的地位，也是最基礎(chǔ)的類器官培養(yǎng)因子之一。5.EGF（M9415）EGF是一種強效生長因子，可刺激上皮發(fā)育、血管生成、抑制胃酸分泌、成纖維細胞增殖和培養(yǎng)中表皮細胞的集落形成。EGF幾乎要用于所有的類器官以及腫瘤類器官的培養(yǎng)，EGF通過與其受體（EGFR）結(jié)合，激活下游信號通路，從而促進類器官中細胞的增殖和分化。6.FGF10（M10353）FGF10是一類多功能多肽生長因子家族成員之一，可調(diào)控細胞生長、增殖以及分化，并通過抑制BMP信號、提高Wnt信號的傳導(dǎo)從而在類器官培養(yǎng)中發(fā)揮作用。在胃類器官和腫瘤類器官中最常用到。7.Forskolin（M2191）Forskolin是一種從毛喉鞘蕊花中提取出的二萜類天然產(chǎn)物，可以激活腺苷環(huán)化酶，常用于提高細胞內(nèi)cAMP的水平，用于誘導(dǎo)多種類型細胞的分化，與其他小分子聯(lián)合使用，可誘導(dǎo)成纖維細胞重編程為誘導(dǎo)多能性干細胞，在肝臟類器官培養(yǎng)的時候一般都需要添加Forskolin。8.GastrinI（M9320）GastrinI，也被稱為胃泌素I，是一種由胃黏膜G細胞分泌的內(nèi)源性胃腸肽激素。它在人體內(nèi)發(fā)揮著多種重要的生理功能，主要通過與膽囊收縮素B受體（CCKBR）結(jié)合，促進胃蛋