类器官(Organoids)又被称为微小器官(Mini-Organs),是通过体外三维(3D)培养方法获得的,与真实器官具有高度相似性的细胞培养物。类器官与常规的3D培养有着本质的区别,前者以干细胞或组织前体细胞为起点,依靠这些细胞的分化和自我组织能力,形成由多种特异性成熟细胞构成的立体结构。类器官不仅形态上与体内的原组织或器官非常相似,还能执行如分泌、过滤、神经活动及收缩等多种生理功能。
类器官模型的建立历史可追溯到40年前,但由于早期类器官在体外的存活时间较短,应用受到限制。直到2009年,荷兰Hubrecht研究所的Hans Clevers及其博士后Toshiro Sato成功培育出小鼠成体小肠隐窝干细胞在Matrigel上形成的小肠类器官,使得类器官研究获得了新的推动。近十年来,已经发展出可长期培养的胃、肺、肝、胰、肾、脑、视网膜、乳腺、前列腺以及肿瘤等多种人和小鼠类器官,这些创新的类器官将在疾病模型、药物筛选、安全性测试、器官移植、发育学及肿瘤学等领域广泛应用。
类器官的体外培养需要多种细胞因子的支持,各种细胞因子在培养过程中发挥着关键作用。不同类型的类器官对细胞因子的需求各异,本文主要介绍对于类器官培养所需细胞因子的功能特点,以供参考。
EGF(表皮生长因子)
尊龙凯时注释:EGF是EGFR的主要配体之一,能够刺激多种表皮及上皮细胞的增殖。EGF通过与细胞外受体结合,促使EGFR二聚体化,进而激活胞内的信号通路,调控基因的表达,进而影响细胞的生长、分裂、分化及迁移等生理活动。此外,EGF还参与胃酸分泌的抑制及创伤修复。EGF在许多类器官的培养中扮演着重要角色。
R-Spondin1(RSPO1)
R-Spondin1是Wnt信号调节物的Rspo家族成员,能够与Frizzled/LRP6复合物相互作用,激活Wnt/beta-catenin信号转导途径,调节干细胞的多能性及细胞的分化命运。其在类器官培养中起着至关重要的作用,能够促进细胞生长和分化。
Wnt-3a
Wnt-3a属于Wnt信号蛋白家族,参与胚胎与成人组织的发展。它在细胞增殖和干细胞新生中起着不可或缺的作用。激活的Wnt通路通过与Frizzled和Lrp5/6的结合,促进细胞信号传导,是类器官培养系统中不可或缺的因子。
Noggin
Noggin是TGF-β家族的拮抗因子,能够调节BMP信号的活性,参与多种组织器官的发育。其在调节细胞反应及信号传导方面具有重大生物学意义,对类器官的成功培养至关重要。
FGF-basic(碱性成纤维细胞生长因子)
FGF-basic是FGF家族的一员,能够促进细胞增殖与分化,与各种组织的发育密切相关,是多种类器官培养中必不可少的因子。
Activin A
Activin A属于TGF-β超家族,在细胞增殖和分化中发挥重要作用。其在类器官培养中的作用主要体现在促进细胞存活和调节发育方面。
BMP-4(骨形态发生蛋白4)
BMP-4涉及骨和软骨的发育,促进未分化间充质向成骨细胞的分化。其在类器官培养中应用广泛,尤其是肝脏和肾脏类器官的培养。
FGF-10(成纤维细胞生长因子10)
FGF-10在细胞的增殖和分化中发挥重要作用,广泛参与四肢、肺、牙齿等器官的形成。对胚胎发育、上皮-间质转化及创伤愈合等过程均有关键影响。
FGF-7(角质细胞生长因子)
FGF-7是对上皮细胞和角质形成细胞特异性的生长因子,促进细胞增殖及组织损伤修复。这种因子在肾和肺的发育过程中发挥着重要作用。
HGF(肝细胞生长因子)
HGF是肝脏再生的重要因子,调节多种细胞的生长和运动。其在肝脏类器官的培养中尤其重要,有助于促进肝细胞的再生与分化。
随着生物医学领域的不断发展,类器官及其相关细胞因子的应用前景广阔。尊龙凯时将继续致力于推动该领域的研究与应用,助力医学进步。