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    小而美的3D細(xì)胞培養(yǎng)——類器官

    發(fā)布時(shí)間: 2021-10-19  點(diǎn)擊次數(shù): 2538次

    經(jīng)典二維細(xì)胞培養(yǎng)方法,從1885年德國科學(xué)家從雞胚中分離細(xì)胞至今,解決了許多生命科學(xué)問題,但是和細(xì)胞能夠以最佳生長(zhǎng)狀態(tài)的體內(nèi)環(huán)境并不相同。近年來,為盡可能的模仿細(xì)胞在生物體內(nèi)的生長(zhǎng)環(huán)境,得到更接近類似于體內(nèi)生長(zhǎng)的細(xì)胞, 越來越多研究人員開始關(guān)注三維細(xì)胞、類器官培養(yǎng)技術(shù)。

    20世紀(jì)80年代左右,美國勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室的Mina Bissell和William Ole Peterson①在乳腺癌的研究中發(fā)明了三維細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù), 他們的研究發(fā)現(xiàn),以三維培養(yǎng)正常的乳腺上皮細(xì)胞形成了腺泡狀單層管狀結(jié)構(gòu), 同時(shí)具有原癌基因激活的乳腺上皮細(xì)胞形成了碗狀腺泡結(jié)構(gòu),而這是在2D培養(yǎng)時(shí)所觀察不到的現(xiàn)象。

    小而美的3D細(xì)胞培養(yǎng)——類器官

    from Dr. Reginato



    近代研究人員逐漸開始應(yīng)用三維細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù),也就是把動(dòng)物細(xì)胞與具有三維結(jié)構(gòu)的支架材料共同培養(yǎng), 使細(xì)胞能夠在三維立體空間生長(zhǎng)、增殖和遷移, 構(gòu)成三維的細(xì)胞?細(xì)胞或細(xì)胞?載體復(fù)合物, 模擬細(xì)胞在生物體內(nèi)的生長(zhǎng)環(huán)境。三維細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)也開始應(yīng)用在干細(xì)胞生物學(xué)、組織工程、腫瘤學(xué)、再生醫(yī)學(xué)等研究領(lǐng)域。

    類器官(organoid)是體外三維培養(yǎng)構(gòu)建出的多細(xì)胞團(tuán), 具有自我更新和自我組織能力, 并且維持了其來源組織的生理結(jié)構(gòu)和功能的特點(diǎn)。

     類器官模型的典型制備方法,首先要分離出胚胎或多能干細(xì)胞,然后將它們培養(yǎng)在一個(gè)支持介質(zhì)(如基質(zhì)膠或水凝膠)上,使其能夠三維生長(zhǎng)。3D類器官模型創(chuàng)立于二十世紀(jì)九十年代,Lindberg和Pellegrini④等將角膜緣干細(xì)胞培養(yǎng)在3T3滋養(yǎng)層細(xì)胞上,成功培養(yǎng)出了人源3D眼角膜結(jié)構(gòu),啟動(dòng)人源細(xì)胞三維類器官培養(yǎng)的新領(lǐng)域,但是其應(yīng)用仍有限! 2009年,Hans Clevers和Toshiro Sato③用源于小鼠腸道的成體干細(xì)胞培育出第一個(gè)微型腸道 (mini-guts)類器官,真正開啟類器官培養(yǎng)的時(shí)代。2011年,日本RIKEN發(fā)育生物學(xué)中心的研究人員,利用類器官培養(yǎng)將胚胎干細(xì)胞成功構(gòu)建成視杯結(jié)構(gòu)(optic cup)。3D類器官培養(yǎng)被<Science>雜志選為2013年十個(gè)大突破技術(shù),該領(lǐng)域研究人員分別建構(gòu)出微型大腦、肝芽以及迷你腎。

    小而美的3D細(xì)胞培養(yǎng)——類器官

    這些年,類器官培養(yǎng)技術(shù)更是廣泛運(yùn)用在腫瘤生物學(xué)體外培養(yǎng),研究癌癥的形成;美國紐約冷泉港實(shí)驗(yàn)室腫瘤學(xué)家David Tuveson團(tuán)隊(duì),在2015年和Hans Clevers④合作共同創(chuàng)建結(jié)腸癌腫瘤細(xì)胞類器官;其團(tuán)隊(duì)更進(jìn)一步在胰腺癌患者的活體手術(shù)取得組織,建構(gòu)胰腺類器官,作為抗癌藥物最佳篩選平臺(tái)。

    小而美的3D細(xì)胞培養(yǎng)——類器官

    J Mol Med (Berl). 2017


    2017年發(fā)表在<Nature Medicine>雜志上的一篇研究論文,來自英國劍橋大學(xué)Gurdon癌癥研究中心的生物學(xué)家 Meritxell Huch 的研究小組取得肝癌研究的重大突破。Dr. Huch和她研究團(tuán)隊(duì)取下8名癌癥患者身上的腫瘤細(xì)胞,研究團(tuán)隊(duì)借此創(chuàng)造出一種稱為「類腫瘤」約0.5毫米的迷你腫瘤(tumouroid)。劍橋癌癥研究中心的團(tuán)隊(duì)也利用這種腫瘤模型測(cè)試 29 種不同的癌癥用藥,通過純化腫瘤細(xì)胞,排除正常細(xì)胞,癌癥的分析將更加容易準(zhǔn)確。

    小而美的3D細(xì)胞培養(yǎng)——類器官

    Nature Medicine 2017


    在傳統(tǒng)的細(xì)胞培養(yǎng)中,大部分組織結(jié)構(gòu)都會(huì)遺失改變,3D細(xì)胞培養(yǎng)或是類器官的培養(yǎng)體系,不只是在再生醫(yī)學(xué)干細(xì)胞應(yīng)用,目前創(chuàng)建研究平臺(tái)從腎、肝、肺、腸、腦、前列腺、胰腺和視網(wǎng)膜等,在臨床醫(yī)學(xué)研究上都有相當(dāng)大的應(yīng)用,部分已運(yùn)用于測(cè)試數(shù)種癌癥用藥。3D細(xì)胞培養(yǎng)或是類器官培養(yǎng),在各個(gè)文獻(xiàn)中有多種不同的材料方法,小編在此分享Biozellen®3D類器官培養(yǎng)基質(zhì)膠的成功案例給大家。

    A.形成3D腫瘤球體成功案例分享


    小而美的3D細(xì)胞培養(yǎng)——類器官



    B.Biozellen基質(zhì)膠被溶解后分離的完整3D細(xì)胞結(jié)構(gòu)照片


    小而美的3D細(xì)胞培養(yǎng)——類器官



    參考文獻(xiàn)


    1.ErbB2, but not ErbB1, reinitiates proliferation and induces luminal repopulation in epithelial acini. Muthuswamy et al., Nat. Cell Biol. 3, 785-792.

    2.ErbB2 requires integrin alpha5 for anoikis resistance via c-Src regulation of receptor activity in human mammary epithelial cells. Haenssen et al., J. of Cell Science 123, 1373-82.

    3.Stem cell-derived organoids and their application for medical research and patient treatment.Bartfeld S et al., J Mol Med, 95(7):729-738. 

    4.類器官及其在腫瘤研究中的應(yīng)用( J ).李飛,高棟.中國細(xì)胞生物學(xué)學(xué)報(bào), 2017, 39 (4): 394-400.



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