類器官的分類和應用及培養中常用抑制劑、細胞因子介紹
在生命科學的浩瀚星空中，類器官技術是一顆璀璨的新星。類器官技術的出現為疾病研究、藥物篩選、個性化醫學研究、系統發育、組織再生等領域帶來了革命性的變化。
一、類器官的定義、分類及應用
類器官（Organoid），是通過體外三維（3D）培養技術形成的具有特定空間結構的組織類似物。這些類器官不僅與機體中的真實器官在組織學特征上展現出高度相似性，還能夠很好地地重現對應器官的部分生理功能，因此被形象地稱為“微型器官(Mini-Organ)”。根據類器官培養的起始細胞不同可將其分為三類：多能干細胞(Pluripotent stem cell ，PSC) 來源類器官、成體干細胞 (Adult stem cell，ASC)來源類器官、腫瘤類器官。AbMole（奧默生物）提供高品質抑制劑、細胞因子、人源單抗、天然產物、熒光染料、多肽、化合物庫。
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，目前應用于類器官的多能干細胞主要為誘導多能干細胞（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培養環境中，在誘導定向分化的細胞因子及小分子抑制劑的作用下，可以模擬胚胎發育過程，即先定向分化為三個胚層（內胚層、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歷從胚狀體到特定器官的發育路徑，形成具有復雜空間結構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、神經生物學、發育生物學等領域。
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，但它們仍能在特定條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來源類器官無需經過重編程的步驟，直接采集組織樣本并利用流式細胞術、磁珠分選等方法從單細胞懸液中分離出成體干細胞。接著，在含有相應細胞因子和抑制劑的培養基中對干細胞進行體外擴增和分化誘導。最后將分化后的細胞置于三維培養環境中，如使用基質膠（如Matrigel）作為支架來模擬體內細胞外基質的微環境以形成類器官。ASC來源類器官主要應用于研究成體組織生物學、組織再生和精準醫療。
3. 腫瘤類器官
當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、難以復制體內腫瘤異質性、基因組欠穩定、培養周期較長等原因，導致臨床轉化率極低。腫瘤類器官是經3D細胞培養系統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、結構和功能上與原發腫瘤高度相似，能夠保留腫瘤的異質性，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研究、基因掃描、藥物篩選、個性化診療[2]
二、類器官培養常用的小分子抑制劑、細胞因子
在真實的體內環境中，細胞的增值、分化和器官的形成都受到了嚴格的信號調控，因此在體外的培養環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重要。
1. Y27632（M1817）：ROCK抑制劑
Y-27632可以抑制干細胞內Rho-ROCK 介導的肌球蛋白過度活化以及由此產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都需要用到Y27632，一般是第一次接板培養時添加，后續培養中則無需加入。
2. A 83-01（M5037）：TGF-β通路抑制劑
TGF-β是細胞增殖和分化的重要調節因子，在類器官培養過程中，TGF-β信號通路的過度激活可能導致類器官的過度增殖和異常分化。A 83-01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，也是骨形態發生蛋白（BMPs）的特異性抑制劑，通過結合并抑制BMPs的活性，從而調控細胞的增殖和分化。在類器官培養過程中，Noggin通過抑制BMP信號通路來維持干細胞的未分化狀態。這對于類器官的長期培養和擴增至關重要。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過程中，Noggin始終占據著至關重要的地位，也是最基礎的類器官培養因子之一。
5. EGF（M9415）
EGF是一種強效生長因子，可刺激上皮發育、血管生成、抑制胃酸分泌、成纖維細胞增殖和培養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，EGF通過與其受體（EGFR）結合，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信號的傳導從而在類器官培養中發揮作用。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物，可以激活腺苷環化酶，常用于提高細胞內 cAMP 的水平，用于誘導多種類型細胞的分化，與其他小分子聯合使用，可誘導成纖維細胞重編程為誘導多能性干細胞，在肝臟類器官培養的時候一般都需要添加Forskolin。
8. Gastrin I（M9320）
Gastrin I，也被稱為胃泌素I，是一種由胃黏膜G細胞分泌的內源性胃腸肽激素。它在人體內發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）結合，促進胃蛋白酶原和胃酸的分泌，從而調節胃腸道的消化過程。在腸道及肝臟類器官培養時，需要添加胃泌素來延長類器官的存活時間。AbMole（奧默生物）是 ChemBridge中國區官方指定合作伙伴。
三、總結
隨著技術的不斷發展和多學科之間的結合，未來類器官有望在疾病研究、藥物開發、再生醫學和個性化醫療等領域發揮更大的作用，為人類健康事業帶來更多可能。AbMole（奧默生物）多年來持續聚焦類器官培養領域，并打造了以Y27632和A83-01為核心的類器官培養產品群，以下由AbMole為您推薦：
[1] SHARIATI L, ESMAEILI Y, HAGHJOOY JAVANMARD S, et al. Organoid Technology: Current Standing and Future Perspectives [J]. Stem Cells, 2021, 39(12): 1625-49.
[2] YANG L, YANG S, LI X, et al. Tumor organoids: From inception to future in cancer research [J]. Cancer letters, 2019, 454: 120-33.
一、類器官的定義、分類及應用
類器官（Organoid），是通過體外三維（3D）培養技術形成的具有特定空間結構的組織類似物。這些類器官不僅與機體中的真實器官在組織學特征上展現出高度相似性，還能夠很好地地重現對應器官的部分生理功能，因此被形象地稱為“微型器官(Mini-Organ)”。根據類器官培養的起始細胞不同可將其分為三類：多能干細胞(Pluripotent stem cell ，PSC) 來源類器官、成體干細胞 (Adult stem cell，ASC)來源類器官、腫瘤類器官。AbMole（奧默生物）提供高品質抑制劑、細胞因子、人源單抗、天然產物、熒光染料、多肽、化合物庫。
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，目前應用于類器官的多能干細胞主要為誘導多能干細胞（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培養環境中，在誘導定向分化的細胞因子及小分子抑制劑的作用下，可以模擬胚胎發育過程，即先定向分化為三個胚層（內胚層、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歷從胚狀體到特定器官的發育路徑，形成具有復雜空間結構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、神經生物學、發育生物學等領域。
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，但它們仍能在特定條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來源類器官無需經過重編程的步驟，直接采集組織樣本并利用流式細胞術、磁珠分選等方法從單細胞懸液中分離出成體干細胞。接著，在含有相應細胞因子和抑制劑的培養基中對干細胞進行體外擴增和分化誘導。最后將分化后的細胞置于三維培養環境中，如使用基質膠（如Matrigel）作為支架來模擬體內細胞外基質的微環境以形成類器官。ASC來源類器官主要應用于研究成體組織生物學、組織再生和精準醫療。
3. 腫瘤類器官
當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、難以復制體內腫瘤異質性、基因組欠穩定、培養周期較長等原因，導致臨床轉化率極低。腫瘤類器官是經3D細胞培養系統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、結構和功能上與原發腫瘤高度相似，能夠保留腫瘤的異質性，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研究、基因掃描、藥物篩選、個性化診療[2]二、類器官培養常用的小分子抑制劑、細胞因子
在真實的體內環境中，細胞的增值、分化和器官的形成都受到了嚴格的信號調控，因此在體外的培養環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重要。
1. Y27632（M1817）：ROCK抑制劑
Y-27632可以抑制干細胞內Rho-ROCK 介導的肌球蛋白過度活化以及由此產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都需要用到Y27632，一般是第一次接板培養時添加，后續培養中則無需加入。
2. A 83-01（M5037）：TGF-β通路抑制劑
TGF-β是細胞增殖和分化的重要調節因子，在類器官培養過程中，TGF-β信號通路的過度激活可能導致類器官的過度增殖和異常分化。A 83-01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，也是骨形態發生蛋白（BMPs）的特異性抑制劑，通過結合并抑制BMPs的活性，從而調控細胞的增殖和分化。在類器官培養過程中，Noggin通過抑制BMP信號通路來維持干細胞的未分化狀態。這對于類器官的長期培養和擴增至關重要。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過程中，Noggin始終占據著至關重要的地位，也是最基礎的類器官培養因子之一。
5. EGF（M9415）
EGF是一種強效生長因子，可刺激上皮發育、血管生成、抑制胃酸分泌、成纖維細胞增殖和培養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，EGF通過與其受體（EGFR）結合，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信號的傳導從而在類器官培養中發揮作用。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物，可以激活腺苷環化酶，常用于提高細胞內 cAMP 的水平，用于誘導多種類型細胞的分化，與其他小分子聯合使用，可誘導成纖維細胞重編程為誘導多能性干細胞，在肝臟類器官培養的時候一般都需要添加Forskolin。
8. Gastrin I（M9320）
Gastrin I，也被稱為胃泌素I，是一種由胃黏膜G細胞分泌的內源性胃腸肽激素。它在人體內發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）結合，促進胃蛋白酶原和胃酸的分泌，從而調節胃腸道的消化過程。在腸道及肝臟類器官培養時，需要添加胃泌素來延長類器官的存活時間。AbMole（奧默生物）是 ChemBridge中國區官方指定合作伙伴。
三、總結
隨著技術的不斷發展和多學科之間的結合，未來類器官有望在疾病研究、藥物開發、再生醫學和個性化醫療等領域發揮更大的作用，為人類健康事業帶來更多可能。AbMole（奧默生物）多年來持續聚焦類器官培養領域，并打造了以Y27632和A83-01為核心的類器官培養產品群，以下由AbMole為您推薦：
| 目錄號 | 產品名稱 |
| Adenine | M3215 |
| Ascorbic acid | M3121 |
| BMP-4 | M9759 |
| CHIR-99021 | M1989 |
| DAPT | M1746 |
| Dexamethasone | M2176 |
| Dihydrotestosterone | M6033 |
| DKK-1 | M11533 |
| Dorsomorphin | M2238 |
| Forskolin | M2191 |
| Gastrin-I | M9320 |
| GDC-0068 | M1862 |
| HEPES | M6793 |
| Hydrocortisone | M3451 |
| Insulin | M9194 |
| LDN-193189 | M1873 |
| L-Glutamine | M5740 |
| MK-2206 | M1837 |
| N-acetylcysteine amide | M7588 |
| Nicotinamide | M4896 |
| Prostaglandin E2 | M5929 |
| Retinoic acid | M5927 |
| SB 202190 | M2062 |
| SB431542 | M1794 |
| Smoothened Agonist | M4865 |
| Sonic Hedgehog | M15057 |
| Testosterone | M6105 |
| Liothyronine Sodium | M2815 |
| Vitronectin | M10000 |
| Y-27632 | M1817 |
*本文所述產品僅供科學研究。
參考文獻[1] SHARIATI L, ESMAEILI Y, HAGHJOOY JAVANMARD S, et al. Organoid Technology: Current Standing and Future Perspectives [J]. Stem Cells, 2021, 39(12): 1625-49.
[2] YANG L, YANG S, LI X, et al. Tumor organoids: From inception to future in cancer research [J]. Cancer letters, 2019, 454: 120-33.
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