Mira BF 助力类器官研究

发布日期:2022-06-02 16:55:48浏览次数:1430

Countstar Mira BF 带您走进类器官的世界!


类器官由来


18世纪,Henry Van Peters Wilson发现机械解离后的海绵细胞可重新在体外自我聚集成为一个新的生物体,打开了体外模拟器官的科学之路。在随后的几十年内,很多实验室尝试生成了各种不同的器官,主要是在两栖动物和鸡胚中。随着多能干细胞的出现,人们发现体外干细胞可自我发育成畸胎瘤或类胚体(EB),而在畸胎瘤中科学家检测到了从不同组织来源的细胞,因此类器官的培养开始从2D转为3D,使得细胞的发育过程可以形成更加复杂的三维结构。

2009年起,关于类器官发表的文献数量呈现井喷式增长,开启高速发展阶段。

2013年,The Scientist将类器官评为2013年度科研突破之一。

2017年,Nature将类器官评为年度科学方法(The Method of 2017)。

2019年,Science推出Special Issue - Organoid.



类器官定义

类器官是一种在体外培育而成的具有来源器官显微解剖特征的多细胞三维结构

迄今为止,不同组织、疾病模型及模拟发育的类器官已问世。类器官通常通过三个特征定义:自组织、多细胞性和功能性(lancaster和knoblich),细胞在体外排列成具有体内器官特征的三维(3d)组织,所得结构由在该特定器官中发现的多种细胞类型组成,并且这些细胞至少执行一些其通常在该器官中执行的功能。



类器官技术

类器官的工具细胞主要为组织特异性多能干细胞。类器官的主要特征包括基于细胞类别的自我组织及空间限制的定向分化,与体内发育过程相似。含有多种器官特异性细胞,这些细胞的空间组织、排列与来源器官类似。另外,类器官具有一些来源器官特有的功能。
迄今,来源于多种器官的类器官业已面世,包括脑、肠道、胃、舌、甲状腺、胸腺、睾丸、肝脏、胰腺、皮肤、肺、肾、心脏及视网膜。除了来源于健康组织的类器官,大量疾病模型(包括肿瘤模型)的类器官也不断涌现。

在动物或人类体内测试新药候选物之前,通常使用原代细胞培养物或细胞系进行体外测试。然而,由于细胞培养物不能非常好地模拟体内系统,二维细胞培养体系不具备免疫细胞、微环境、间质成分和器官特异性的功能,因此这种测试的结果可能是不可靠的。类器官是异质性组织的三维结构,其功能类似于体内组织。换句话说,这些组织的三维结构模拟一种器官优于传统的细胞培养单层。因此,类器官提供了创建细胞疾病模型的机会,可以对其进行研究以更好地了解疾病的原因并确定可能的治疗方法。



类器官的应用

类器官作为一项重大的技术突破,目前已被公认是生物研究的重要工具,并具有重要的临床应用价值。类器官允许在一个模拟内源性细胞组织和器官结构的环境中进行组织生物学、发育、再生、疾病建模 (包括癌症研究)、器官移植技术改良、药物发现/疗效评估以及毒理学的研究。将类器官技术应用于临床,指导临床用药和个体化治疗方向也是近期类器官技术的发展方向之一,自2016年起,类器官技术已被纳入临床试验中,截止到2020年9月,已有63起临床试验于FDA官方备案,其中更有8起临床试验的地点位于中国,这些临床试验的适应症包括肺癌、胰腺癌、结肠癌、乳腺癌、肝癌、食管癌等等。

2018年Jürgen A. Knoblich教授领衔的团队在《Nature Methods》发表过一篇利用类器官培养技术创建大脑肿瘤类器官的3D体外实验模型,通过转位因子系统和CRISPR-Cas9系统在类脑器官中引发致癌突变,演绎由驱动突变介导的脑肿瘤发生过程。该研究结果表明,大脑肿瘤类器官可用于脑肿瘤生物学的研究以及在特定DNA畸变背景下药物效应的评估。同年12月美国斯坦福大学Calvin J. Kuo教授团队发表在国际顶尖杂志Cell的文章“Organoid Modeling of the Tumor Immune Microenvironment”。事实上,类器官领域的研究仍在起步阶段,即使对于如心脏和肝脏这样的组织,类器官也很不成熟,仅能部分模拟人体器官。对于脑组织则更甚。许多基本的(脑组织)生理功能,如细胞生理、生化功能仍有待突破。




Countstar Mira BF细胞分析仪

助力类器官研究

Countstar Mira BF全自动细胞分析仪针对类器官研究特性,推出类器官分析功能,可获取到类器官在整个培养过程中形态变化特征,如下图。


【图1】Mira BF 检测类器官实验结果