获得类器官用户的一致好评,这款3D细胞分析仪凭什么

发布日期:2023-06-28 15:22:07浏览次数:509

类器官(Organoid)是指利用成体干细胞或多能干细胞进行体外三维培养而形成的具有一定空间结构的组织类似物,其与对应的人类器官拥有高度相似的组织学特征,并能重现该器官的生理功能,因此也被称为“微型器官(Mini-Organ)”。

根据细胞来源的不同,类器官的来源主要有成体干细胞(Adult stem cell,ASC)和多能干细胞(Pluripotent stem cell,PSC)两种;PSC又分为胚胎干细胞(Embryonic stem cell,ESC)和诱导多能干细胞(induced Pluripotent stem cell,iPSC)。多能干细胞(PSCs)是具有无限自我更新并分化为几乎所有器官特异性的细胞类型,其中,胚胎干细胞ESCs是来源于囊胚期内细胞团的全能干细胞,因其应用涉及到伦理问题导致使用受限;成体干细胞(ASCs)通常来源于患者的活检组织,分化能力有限并且ASCs类器官一般仅含有器官的上皮部分,缺乏基质、神经和血管系统,培养体系相对比较简单。

患者来源的类器官(Patient-derived organoid,PDO)是成体干细胞来源的类器官的一种,常用于肿瘤患者的疾病建模、研究与药物筛选,狭义上常常被称为“肿瘤类器官”。肿瘤类器官可保留肿瘤组织的生物学特征,多次传代后,具有基因组稳定、培养周期短等优势,可作为肿瘤研究的理想模型。

20世纪初,科研工作者进行了体内组织的体外培养尝试,由于有限的技术手段和对组织发育机理了解的不足,相关研究进展缓慢。直到2009年,Hans Clevers和其实验室的博士后Toshiro Sato用来源于小鼠肠道的成体干细胞(Lgr5+肠道干细胞)在体外培育出首个具有隐窝状和绒毛状上皮区域的三维结构,从此揭开了类器官作为干细胞、发育、新药研发以及转化医学领域的重要工具的序幕。

随着类器官研究的不断深入,包括小肠、胃、结肠、肺、膀胱、大脑、肝脏、胰腺、肾脏、卵巢、食道、心脏等在内的多种脏器类器官及对应的肿瘤类器官被成功构建,并在此基础上开展了药物敏感性、药物筛选等实验。

类器官的重要应用领域


类器官在新药研发中的应用

众所周知,研发周期长、风险高、费用高是新药研发的三大特征。在新药研发过程中使用的2D细胞模型、传统动物模型存在局限性,难以准确预测药物对人类的真正影响。

类器官由于自身的生长特性,使得其与生理条件下组织器官的组织学特征更为相似,有很高的人源性和近生理性,因此类器官药筛结果的临床相关性更强;此外相比于传统动物模型,类器官构建成功率高、培养速度快,用于药物筛选的通量更大,效率更高。


类器官在临床药敏检测中的应用

使用来源于患者自身肿瘤组织的类器官,在体外进行抗癌药物筛选,进而预测抗癌药物对患者的有效性是临床药敏检测的重要内容。相比基于传统的2D细胞或PDX等模型的检测方法,类器官能够实现和患者的匹配,再现原始肿瘤的病理学特征,因此药敏检测的准确性有明显提升;同时,由于类器官培养高效,短时间内(4-6周)构建效率可达30%以上,满足患者在窗口期需要诊疗方案的迫切之势。正因如此,近年来出台的《类器官药物敏感性检测指导肿瘤精准治疗临床应用专家共识(2022年版)》、《肿瘤类器官诊治平台的质量控制标准中国专家共识(2022年版)》等专家共识均强调类器官在药敏检测中的重要性。


类器官在再生医学当中的作用

未来,可以通过类器官繁殖的干细胞群取代受损或者患病的组织,如:使用这项技术,采用CRISPR/Cas9能够纠正体外遗传异常并能够将健康的转基因细胞再次回输入患者体内,并在后期整合入组织内,达到彻底治愈病症的目的。


类器官培养的一般流程、问题和解决方案


类器官培养一般分为以下几步


(以PDO的构建为例):



临床样本的获取

将临床组织样本放入含有器官保存液的取样瓶中,在4℃条件下将样品取回。



配置细胞或细胞团悬液

对取回的样品进行消毒、机械破碎和组织消化液处理,得到单细胞或细胞团悬液。由于消化成单细胞对细胞活性损伤非常大,同时单细胞增值比较慢,因此对于少见的珍贵临床样本除非有特殊实验需求,一般建议消化成细胞团以提高后续培养中的类器官构建成功率。但是细胞团的大小需要严格控制。细胞团太小或太大,都会导致构建成功率降低。Countstar Mira FL全自动细胞荧光分析仪可以对细胞和细胞团的数量、大小和细胞活率进行测定,实现对样品的质控。





铺板培养

将得到的细胞或细胞团进行离心清洗,与基质胶按一定比例混合,铺在相应规格的孔板中(96孔板或24孔板),每孔加入一定体积的培养基进行培养。

类器官的生长监控和鉴定

由于类器官内部缺乏循环系统,当类器官的尺寸较大时,靠近中心的细胞难以和外界进行氧气和营养成分的交换,死亡的细胞就越多。在培养的过程中,需要控制类器官的大小在合理范围之内。使用Countstar Castor S1高通量智能3D细胞分析仪可以对生长中的类器官进行拍照和分析,随时监控类器官的形态特征


对于类器官的鉴定,初步可以通过形态观察,看类器官是否形成典型的结构特征;然后可以用Western Blot、qRT-PCR、免疫荧光、流式细胞术检测该类器官是否表达相应的biomarker;基因测序可以鉴定所培养的类器官是否有某些特征丢失;对于部分类器官,还可以检测其是否具有功能,例如:已有研究检测出胃类器官可以分泌胃酸,心脏类器官可以自主跳动等。通过鉴定的类器官就可用于进行下游的药敏药效等功能分析。



类器官功能分析


使用Countstar Castor S1高通量智能3D细胞分析仪可以进行类器官的药敏检测、类器官的荧光死活分析及3D类器官杀伤分析等实验

药敏检测

大多数用于癌症治疗的药物具有较强毒副作用,若能因人施药,精准用药不仅能够减少药物对患者带来的毒副作用,提升治疗效果,而且还能极大的节约治疗成本,具有重大的现实意义与应用价值。


类器官荧光死活分析

利用死活染色试剂(如AOPI)对培养的类器官或肿瘤球进行染色,并使用Countstar Castor S1高通量智能3D细胞分析仪进行荧光成像,得到培养类器官或加药处理后的死活细胞分布与空间定位,有利于更加精确高效的进行药物筛选。

3D类器官杀伤分析

患者来源的类器官 (PDO) 是一个非常强大和有效的模型,用于药物筛选和预测患者对治疗方案的反应。高通量成像平台通过对细胞在时间 / 空间维度上的分析,帮助您了解更多的生物学信息和生理信息。



类器官作为一个新兴的技术,在科学研究和产业应用领域潜力巨大。随着类器官培养系统以及类器官实验开发技术的不断发展,类器官的重要性变得越来越高,应用的范围变得越来越广。

艾力特生物科技生产的Countstar Mira FL全自动细胞荧光分析仪和新一代Countstar Castor S1高通量智能3D细胞分析仪可广泛用于类器官样品构建,质控和类器官功能分析领域,帮助客户实现基于类器官的药敏药效分析、细胞死活分析及3D细胞杀伤分析等工作,助力类器官在生命科学领域的快速发展,加快类器官应用的产业化发展。