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Molecular Devices高内涵应用系列手册-类器官应用手册
点击次数:336 发布日期:2019-1-23  来源:本站 仅供参考,谢绝转载,否则责任自负

一、从2D到3D,从3D到类器官
正如上一期3D细胞应用手册的内容,3D细胞培养模型以其能够促进细胞分化水平和组织形成,已经在生物科研领域受到了广泛关注,这些在传统的2D细胞培养系统下是不可能实现的。包括用于治疗研究的各种传统模型都很好地复制了肿瘤的组织复杂性与遗传异质性。

1. Respective features were judged as best (+++), suitable (++), possible (+), not very suitable (±) or unsuitable (-). NA, not available; PDTX, patient-derived tumour xenograft.
Only in epithelial tumours.
3. bThe immune system could be implemented by co-culturing organoids with haematopoietic cells. Table adapted and updated with permission from, Elsevier.

我们知道,要想清楚了解组织是如何形成的,它们的生理功能,以及其功能是如何形成的,理解这些由多种不同类型细胞紧密结合,具有特定的3D结构、机械特性和生化环境的活的器官是非常重要的。

目前随着微流控技术在生物学的应用,利用微流控技术和3D培养技术,能够构建出细胞培养的微环境、活组织培养所需的机械结构和微环境,并能实现药物的梯度浓度变化,利用这些技术能够实现类似于正常器官组成的微型器官结构。这种方法或结构称为“芯片上的器官”(organs-on-chips)或“类器官”。

类器官模型是一种3D(三维)细胞培养系统,其与体内的来源组织或器官高度相似。这些3D系统可复制出已分化组织的复杂空间形态,并能够表现出细胞与细胞、以及细胞与基质之间的相互作用。理想状态下,类器官与体内分化的组织具有相似的生理反应。这不同于传统的2D(二维)细胞培养模型,后者在物理、分子和生理学等特性上通常与来源组织的相似性很低。

Lancaster 和 Knoblich将类器官定义为:“器官特异性细胞的集合,这些细胞从干细胞或器官祖细胞发育而来,并能以与体内相似的方式经细胞分序(cell sorting out) 和空间限制性的系别分化而实现自我组建”。

根据Lancaster和Knoblich的定义,类器官应该具有和器官一样的若干重要特征:
• 必须包含一种以上与来源器官相同的细胞类型
• 应该表现出来源器官所特有的一些功能
• 细胞的组织方式应当与来源器官相似类器官技术通常依赖于微流控技术,因为通过微流控技术不但能够增加细胞结构的复杂性,使其尽可能地接近真实的生理状态,同时,微流控技术带来的可操控性给类器官及相关技术带来了丰富的干预手段:
• 易于干预细胞的培养液、培养条件
• 对于致密3D结构可以进行氧气和营养的灌流
• 对于不同的细胞类型或不同的组织结构进行液体交换控制和培养液的收集
• 可以方便的控制溶液内不同因子的浓度条件
• 能够在空间上控制不同结构的形态以及它们的相互关系
• 低培养体积能够使细胞来源的细胞因子浓度提高,增强旁分泌信号
• 机械刺激(间隙液流,机械延展和流体切应力等)
类器官对于生物学研究和医学的意义
考虑到以上类器官技术所具有的特点和优势,其能够对于患者肿瘤能够进行更好的模拟,因此,利用类器官平台,有望能够得到更多关于患者癌症及其他疾病的洞见,并有望转化为个体化的治疗方法。

在2018年的一篇《科学》论文上,研究人员们利用患者的肿瘤,制造出了类器官。随后,他们利用化合物库,在这些类器官中进行筛选。根据类器官实验的结果,研究人员希望能够反推出患者接受某一特定疗法的成功率。研究表明,这种预测手段的阳性率为88%(预测疗法有效),而阴性率为100%(预测疗法无效)!因此,通过该方法的应用,我们可以提前知道哪些疗法对患者不起效,从而让宝贵的时间用于可能起效的疗法上,对特定的患者进行有效治疗。

 

下载完整手册请扫描下方二维码

来源:美谷分子仪器(上海)有限公司
联系电话:400 820 3586
E-mail:info.china@moldev.com

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