Einführung Zu Organoide
Organoide sind dreidimensionale Zellkulturen, in denen Stammzellen in ein Matrixgel eingebettet sind. Unter dem Einfluss chemischer niedermolekularer Inhibitoren/Aktivatoren, Zytokine, und Mediumzusätze, Diese Kulturen entwickeln sich zu organähnlichen Gewebestrukturen.
Charakterisierung von Organoide
Organoide haben Die Fähigkeit Zu Selbsterneuerung, pflegen Die physiologisch Struktur Und Funktion des Ausgangsgewebes, und werden als „Mikroorgane in der Petrischale“ bezeichnet. Mit Hilfe der Selbsterneuerung, Differenzierungs- und Selbstorganisationsfähigkeiten von Stammzellen, Organoide können kryokonserviert werden für den Einsatz als Biobanken Und erweitert unbegrenzt. Organoide weisen eine hohe Komplexität auf und ähneln im Vergleich zu herkömmlichen 2D-Zellkulturen stärker dem In-vivo-Zustand.
Figur 1. Organoid Kultur von menschlich Doppelpunkt Adenokarzinom Zellen [1]
Anwendung von Organoide
Organoide ermöglichen eine bessere Simulation der In-vivo-Umgebung, Überbrückung der Lücke zwischen Tiermodellen und Zellstudien. Sie dienen als leistungsstarke Werkzeuge für die Tumorforschung, Drogenscreening, Regenerative Medizin, und andere Felder, mit Anwendungen von der funktionellen Gewebeinduktion bis hin zu klinischen translationalen Studien. und wurden in einer Vielzahl von Aspekten der Forschung wie der funktionellen Gewebeinduktion weit verbreitet eingesetzt, Krankheitsmodellierung, Drogenscreening, entzündungshemmende Tests, Klinische Abschlussstudien und andere Forschung, und wurden in der Grundlagenforschung und translationalen Anwendungen eingesetzt.Es bietet hervorragende Anwendungsaussichten in der Grundlagenforschung und translationalen Anwendungen.
Mit der kontinuierlichen Entwicklung von Organoid-Kultursysteme und experimentelle Techniken wurden Organoid-Kulturen für eine Vielzahl von Geweben und Organen verwendet, darunter Darm(Dünndarm/Dickdarm), Magen, Leber, Herz, Lunge, Prostata, Pankreas, Nieren, Brustdrüsen, Gehirn, Retina, und Innenohr.
Organoide aus Tumorstammzellen haben ebenfalls großes Potenzial gezeigt, um zum Verständnis der Mechanismen der Tumorentwicklung beizutragen., Screening Arzneimittelempfindlichkeit, und die Förderung von Präzisionsmedizin und personalisierter Diagnose. Mehrere Artikel von Cell und Science haben gezeigt, dass Tumor-Organoide eine hohe Sensitivität und Spezifität bei der Vorhersage der Wirksamkeit von Krebsmedikamenten aufweisen. Kürzlich, Tumor-Organoide haben sich als nützlich erwiesen, um die Reaktion von Patienten auf Krebsmedikamente vorherzusagen und personalisierte Medikamentenschemata zu entwickeln.
1.Untersuchung von Entwicklungsmechanismen: Die Differenzierungsfähigkeit der Organoide kann zur Untersuchung embryonaler Entwicklungsprozesses und ihrer Mechanismen genutzt werden.
Organoide regulieren Prozesse, die durch Signalwege wie Wnt und BMP induziert werden, mit denen die Entwicklung von Organen wie dem Gehirn untersucht werden kann, Bauchspeicheldrüse und Magen.[2][3][4]
2.Modellierung von Krankheitsschäden: Organoid-induzierte spezifische Gewebe oder Organe, die für die Forschung an spezifischen Krankheitsmodellen verwendet werden können.
Das Team um Bing Zhao und Xinhua Lin verwendete ein menschenähnliches Organinfektionsmodell, um den molekularen Mechanismus der Infektion mit SARS-CoV-2 (dem neuen Coronavirus) und der Leberschädigung zu untersuchen., Es stellt ein wichtiges Instrument für die Untersuchung der Pathogenese des Neocoronavirus und die anschließende Arzneimittelentwicklung dar.[5]
Die Forschungsgruppe von Deng Hongkui an der Fakultät für Biowissenschaften der Peking-Universität hat ein neuartiges Dünndarm-Organoid – ein Hyperorganoid – mit Verletzungsregenerationseigenschaften in vitro konstruiert, indem sie kleine Moleküle und Zytokine zur Stimulation verwendete. Dieses Organoid hat die Eigenschaften, das Genom bei langfristiger Transmigration verstärken und erhalten zu können, Förderung der Reparatur von Schäden im Dickdarmgewebe, und lindern pathologische Symptome in Tiermodellen der akuten Kolitis.[6]
3.Regenerative Medizin: aus Stammzellen gewonnene Organoide, die in der Lage sind, beschädigtes oder erkranktes Gewebe zu reparieren oder zu ersetzen, um die normale Gewebefunktion wiederherzustellen, haben ein breites Anwendungsspektrum in der Zelltherapie, auch für andere neurodegenerative Erkrankungen, Diabetes, Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Retinopathie und Wirbelsäulenverletzungen.
Als neuartige therapeutische Methode im Bereich der regenerativen Medizin verwendet DA01 die kleinen Moleküle SB-431542 (Cat#53004ES), LDN193189 (Kat.-Nr. 53012ES), CHIR-99021
(Kat.-Nr. 53003ES), und Y-27632 (Kat.-Nr. 53006ES, Kat.-Nr.: 52604ES), und Sonic Hedgehog (Shh)-Protein (Kat.-Nr. 92566ES, Kat.-Nr. 92589ES), zur Stimulierung der Differenzierung pluripotenter Stammzellen in dopaminerge Neuronen und deren Transplantation in die verletzten Bereiche des Gehirns von Patienten mit fortgeschrittener Parkinson-Krankheit, um neue Richtungen und Ideen für die Behandlung der Krankheit zu liefern.[7]
4.Prüfung der Arzneimitteltoxizität und -wirksamkeit: Verwendung von Organoiden zur Überprüfung der Pharmakokinetik und Toxizität neuer Medikamente in bestimmten Organen oder Geweben, Bereitstellung von Datenunterstützung für die Entwicklung neuer Medikamente.
Die Nephrotoxizität von Cisplatin (Cisplatin) wurde mithilfe des Hyman-Nierenorganoids überprüft.[8]
5.Drogenscreening: Aus Stammzellen gewonnene Organoide können für In-vitro-Tests der Arzneimittelwirkung verwendet werden, Bereitstellung theoretischer Unterstützung für das Arzneimittelscreening
Kolonorgane können zur Untersuchung von Dosierungsschemata bei Patienten mit CFTR-Mutationen verwendet werden, und Tumororgane können zur Beurteilung der individuellen Dosierung bei Patienten herangezogen werden.[9]
Die Evolution der Organoide
Quellen von Organoiden
Normale Organoide entstehen vor allem aus Stammzellen, Dazu gehören pluripotente Stammzellen (PSCs) und adulte Stammzellen (ASCs), davon sind pluripotente Stammzellen, darunter embryonale Stammzellen (ESCs), induzierte pluripotente Stammzellen ( Induzierte pluripotente Stammzellen (iPSCs). Im Vergleich zu pluripotenten Stammzellen, Adulte Stammzellen haben den Vorteil der einfachen und schnellen Modellierung, Der Nachteil besteht jedoch darin, dass die konstruierten Organoidstrukturen relativ einfach sind. Die aus pluripotenten Stammzellen konstruierten Organoidstrukturen sind komplexer.
Organoide Kultur
OAbonnierenD Typ | Erforderlich SEinkaufszentrum MMolekül | Erforderlich GReihe FSchauspieler | Medien Und Zusatzstoffe |
Dünndarm | Y-27632, SB-202190, A 83-01, Gastrin, Nicotinamid | EGF, Kopf, R-Spondin 1, Wnt-3a | HEPES, L-Alanyl-L-Glutamin Lösung, Penicillin-Streptomycin, N-2 |
Gastric | Y-27632, SB-202190, A 83-01, Gastrin ICH, Nicotinamid | FGF-10, EGF, Kopf, R-Spondin 1, Wnt-3a | HEPES, L-Alanyl-L-Glutamin Lösung, Penicillin- Streptomycin |
Miver-Krankheit | Y-27632, A 83-01, DAPT, Forskolin, Gastrin, Nicotinamid, Prostaglandin E2 | BMP-4, EGF, FGF-Basis, FGF-10, HGF, Kopf, Wnt-3a | N-2, HEPES, L-Alanyl-L-Glutamin-Lösung, Penicillin-Streptomycin |
Niere | CHIR-99021、Retinsäure | BMP-2、BMP-4、BMP-7、FGF-Basis 、FGF-9 | HEPES, L-Alanyl-L-Glutamin Lösung, Penicillin-Streptomycin |
Mungen | CHIR-99021、SB-431542 | Aktivin A、FGF-Basis、FGF-4、Kopf | HEPES, L-Alanyl-L-Glutamin Lösung, Penicillin-Streptomycin |
Pancreas | Gastrin I、A 83-01、Nicotinamid | FGF-10、 EGF、Kopf、R-Spondin 1、Wnt-3a | HEPES, L-Alanyl-L-Glutamin Lösung, Penicillin-Streptomycin |
Prosten | Y-27632、SB-202190、A 83-01、Nicotinamid、Prostaglandin E2、Testosteron | EGF、Aktivin A、FGF-Basis、FGF-10、Kopf、R-Spond in 1、Wnt-10b | HEPES, L-Alanyl-L-Glutamin Lösung, Penicillin-Streptomycin |
MAmmoniumdrüse | Y-27632 | Hier Gulin β-1、R-Spondin 1、R-Spondin 2、Kopf、EGF、 FGF-Basis、FGF-10、Wnt-3a、Prolaktin | HEPES, L-Alanyl-L-Glutamin Lösung, Penicillin-Streptomycin |
Retina | CHIR-99021、Y-27632 | Pssst、Wnt-3a | HEPES, L-Alanyl-L-Glutamin Lösung, Penicillin-Streptomycin |
ICHInnenohr | SB-431542、A 83-01 | BMP-4、 FGF-Basis | HEPES, L-Alanyl-L-Glutamin Lösung, Penicillin-Streptomycin |
BRegen | Y-27632、MK-2206、GDC-0068、Dorsomorphin | FGF-Basis、Kopf、1 DKK、 EGF、BDNF、GDNF | B-27, HEPES, L-Alanyl-L-Glutamin Lösung, Penicillin-Streptomycin |
SZusammenfassung von sKleine Moleküle, die üblicherweise in der Organoidkultur verwendet werden: super nützlich, vergessen Sie nicht, es als Lesezeichen zu speichern!
❶ Y-27632 (Kat.-Nr. 53006ES, Cat#52604ES): Es ist ein potenter Inhibitor von Rock, welches p160ROCK (Ki=140 nM) und ROCK-II (IC50=800 nM) kompetitiv mit ATP hemmt, und hemmt auch PRK2 (IC50= 600 nM), und wird normalerweise beim ersten Kulturvorgang in die Saatschale gegeben, aber nicht in der nachfolgenden Kultur.Y-27632 (10 µM) kann die Apoptose von Stammzellen hemmen, Verbessern Sie die Klonierungseffizienz und verlängern Sie die Zellnachkommenschaft, indem Sie menschliche embryonale Stammzellen 1 Stunde lang mit Y-27632 (10 µM) behandeln.
Die empfohlene Arbeitskonzentration beträgt 10 μM
❷ SB-202190 (Kat.-Nr. 53005ES): Ein wirksamer p38-MAPK-Kinase-Inhibitor, der auf p38α/β abzielt. SB202190 induziert die Differenzierung menschlicher embryonaler Stammzellen zu Kardiomyozyten, fördert die Selbsterneuerung neuronaler Stammzellen, und kann in gastrointestinalen und mammären Organoidkulturen verwendet werden.
Empfohlene Lösungskonzentration: 10 mg durch Zugabe von 3,018 mL DMSO-Lösung auf 10 mM gelöst und portionsweise bei -20°C gelagert.
Die empfohlene Arbeitskonzentration beträgt 10 μM
❸ CHIR-99021 (Kat.-Nr. 53003ES): Ein Aminopyrimidin-Derivat, das als Inhibitor von GSK-3 (GSK3α/β) wirkt., das die Differenzierung menschlicher embryonaler Stammzellen zum Endoderm induziert, und wird in Nieren- und Netzhaut-Organoidkulturen verwendet. CHIR-99021, in Kombination mit anderen Reagenzien, stimuliert die Umprogrammierung somatischer Zellen in Stammzellen.
Empfohlene Lösungskonzentration: 5 mg durch Zugabe von 3,58 ml DMSO-Lösung auf 3 mM gelöst und portionsweise bei -20 °C gelagert.
Das rempfohlene Arbeitskonzentration: 3 μM
❹ A 83-01 (Cat#53002ES): ist ein Inhibitor des Activin/NODAL/TGF-β-Signalwegs, der die ALK5/4/7-Kinaseaktivität hemmt und im Allgemeinen in der Leber eingesetzt wird., Prostata, und Brustorganoidkulturen, und wird häufig verwendet, um die Differenzierung von iPSCs zu hemmen und die Selbsterneuerung von Zellen in vitro aufrechtzuerhalten. Empfohlene Lösungskonzentration: 5 mg werden zu 5,93 ml DMSO-Lösung hinzugefügt, um sich auf 2 mM aufzulösen, -20 ℃ geteilt und gelagert. (Besonderer Hinweis: Dieses Produkt ist im Lösungszustand instabil, es wird empfohlen, es jetzt zu verwenden.)
Das rempfohlene Arbeitskonzentration: 2 μM
❺ Gastrin I (Kat.-Nr. 53007ES): Gastrin ist ein endogenes gastrointestinales Peptidhormon, das die Sekretion von Magensäure aus Magenschleimhautzellen stimuliert. Gastrin bindet an den Cholecystokinin-B-Rezeptor (CCKBR)., was den intrazellulären Ca2+ erhöht, fördert die Produktion von Phosphatidylinositol, und Aktivierung der Proteinkinase C. Gastrin ist auch an der Proliferation und Differenzierung von Magenepithelzellen beteiligt und wird bei der Untersuchung gastrointestinaler Organe verwendet. Die Zugabe von Gastrin ist erforderlich, um das Überleben von Darm- und Leberorganoiden in der Kultur zu verlängern.
Empfohlene Lösungskonzentration: 1 mg durch Zugabe von 2,38 ml 1%iger Ammoniaklösung auf 0,2 mM gelöst und portionsweise bei -20 °C gelagert.
Das rempfohlene Arbeitskonzentration: 10 nM
❻ Nicotinamid Nicotinamid (Kat.-Nr. 51402ES): Ein Vitamin B3, das an einer Vielzahl von enzymatischen Redoxreaktionen beteiligt ist und in der Magen-Darm-Therapie verwendet wird., Leber, und Brust-Organoidkulturen.
Nicotinamid wird in Verbindung mit Zytokinen und anderen Biochemikalien verwendet, um entzündungshemmende Eigenschaften auszuüben und die Differenzierung von MSCs in insulinproduzierende Zellen zu fördern., die Aktivität von Sirtuinen zu hemmen, und um die Bildung von Organoiden zu fördern und die Lebensdauer der Organoide zu verlängern.
Empfohlene Lösungskonzentration: 100 mg durch Zugabe von 8,19 ml H2O (oder DMSO) auf 100 mM gelöst und portionsweise bei -20 °C gelagert.
Das rempfohlene Arbeitskonzentration: 10 mM
❼ Forskolin Trichothecen (Kat.-Nr. 51001ES): Aktiviert Adenylylcyclase und wird häufig verwendet, um intrazelluläre cAMP-Werte zu erhöhen. Forskolin induziert die Differenzierung vieler Zelltypen und aktiviert PXR und FXR. Es hat eine thrombozytenaggregationshemmende und blutdrucksenkende Wirkung und, in Kombination mit anderen kleinen Molekülen, kann die Reprogrammierung von Fibroblasten zu iPSCs induzieren. Diese Substanz muss zu Leberorganoidkulturen hinzugefügt werden. in iPSCs umprogrammiert werden. muss während der leberähnlichen Organkultur hinzugefügt werden. Empfohlene Arbeitskonzentration: 1-10 μM
❽ Prostaglandin E2 (Kat.-Nr. 60810ES): Prostaglandin E2 (PGE2) reguliert viele physiologische Systeme, vermittelt Zellproliferation und -differenzierung bei Bindung an spezifische Rezeptoren, muss zu leber- und prostataähnlichen Organkulturen hinzugefügt werden, und ist an der Schonung der glatten Muskulatur beteiligt, Entzündung, Fruchtbarkeit, Regulierung des Schlafzyklus und Integrität der Magenschleimhaut.
Empfohlene Lösungskonzentration: 1 mg zu 0,28 mL DMSO-Lösung hinzufügen, auf 10 mM auflösen und portionsweise bei -20°C lagern.
Empfohlene Arbeitskonzentration: 500 nM
❾ N-Acetyl-L-Cystein (Kat.-Nr. 50303ES): N-Acetyl-L-Cystein (NAC) ist ein Vorläufer des Antioxidans Glutathion, das antioxidative Eigenschaften hat, und ein ROS-Inhibitor, der die Apoptose in neuronalen Zellen hemmt, und das bei den meisten Organoidkulturen hinzugefügt werden muss.
Empfohlene Lösungskonzentration: 2 g zu 24,51 ml H2O (oder DMSO) hinzufügen, auf 500 mM auflösen und portionsweise bei –20 °C lagern.
Empfohlene Arbeitskonzentration: 1 mM
Produkt EmpfehlungN
Kleine Molekülverbindungen (Inhibitoren/Aktivatoren)
Produktname | Katalognummer | SSpezifikation |
Retinol Säure (Retinsäure Säure, Retinsäure Säure) | 100 mg/500 mg/1 G | |
A 83-01 | 1 mg/5 mg/10 mg | |
CHIR-99021 | 2 mg/5 mg/10 mg | |
SB-431542 | 5 mg/10 mg/50 mg | |
SB-202190 | 5 mg/10 mg/25 mg | |
Y-27632 | 1 mg/5 mg/10 mg | |
Gastrin ICH (menschlich) | 1 mg/5 mg | |
MK-2206 2HCl | 1 mg/5 mg/10 mg | |
GDC-0068 (Ipatasertib; RG7440; GDC0068) | 53009ES | 1 mg/5 mg/10 mg |
(Dorsomorphin 2HCl) | 53010ES | 1 mg/5 mg/10 mg |
Y-27632 Dihydrochlorid | 5 mg/10 mg/25 mg | |
Nicotinamid | 1 g/5 G | |
DAPT (GSI-IX, LY-374973) | 5 mg/25 mg | |
Forskolin Haar Kehle | 10 mg/50 mg/100 mg/1 G | |
Prostaglandin (PG) E2 Prostaglandin E2 | 60810ES | 1 mg |
Testosteron | 60803ES | 1 g/5 G |
NAC (N-Acetyl-L-Cystein) | 50303ES | 2 G |
RepSox | 5 mg/10 mg/25 mg | |
LDN193189 (DM-3189) | 53012ES | 5 mg/10 mg |
Medien und Ergänzungen
Katalognummer | SSpezifikation | |
HEPES Frei Säure Zelle Kultur Grad | 60110ES | 100 g/500 G |
L-Alanyl-L-Glutamin Lösung, 200 mm L-Alanyl-M-Glutamin, 200 mm | 60701ES | 20 ml/100 ml/500 ml |
Penicillin-Streptomycin (100×), Geeignet für Zelle Cu lltur Penicillin-Streptomycin (Dual Antikörper) für C ell Kultur |
100 ml | |
B-27 serumfrei Medium, 50 X | 60703ES | 10 ml |
N-2 ergänzen, Serum frei, 100-fach N-2 Serum frei Zusatzstoff, 100× | 60706ES | 5 ml |
Zytokin
Produktname | Katalognummer | SSpezifikation |
Rekombinant Menschlich Aktivin A | 10 μg/100 μg/500 μg | |
10 μg/100 μg/500 μg | ||
Rekombinant Menschlich DKK-1 | 20 μg/100 μg/500 μg | |
Rekombinant Menschlich EGF | 100 μg/500 μg | |
Rekombinant Menschlich bFGF | 10 μg/100 μg/500 μg | |
Rekombinant Menschlich FGF-4 | 5 μg/100 μg/500 μg | |
Rekombinant Menschlich FGF-9 | 91305ES | 5 μg/100 μg/500 μg |
Rekombinant Menschlich FGF-10 | 91306ES | 5 μg/100 μg/500 μg |
Rekombinant Menschlich GDNF | 10 μg/100 μg/500 μg | |
Rekombinant Menschlich Kopf | 5 μg/100 μg/500 μg | |
Rekombinant Menschlich NRG1-beta1 | 10 μg/100 μg/500 μg | |
Rekombinant Menschlich R-Spondin 1 | 92274ES | 100 μg/l mg |
Rekombinant Menschlich Pssst | 5 μg/100 μg/500 μg | |
Rekombinant Menschlich BAFF | 5 μg/100 μg/500 μg | |
Rekombinant Menschlich sCD40 Ligand | 10 μg/100 μg/500 μg | |
Rekombinant Menschlich BMP-4 | 10 μg/100 μg/500 μg | |
Rekombinant Menschlich HGF | 5 μg/100 μg/500 μg | |
Rekombinant Menschlich BDNF | 5 μg/20 μg/100 μg |
Mini-Klassenzimmer: Kleine Molekülverbindungen sind Verbindungen mit einem Molekulargewicht von weniger als 1000 Da (insbesondere weniger als 500 Da) und biologischer Aktivität.Im Gegensatz zu Zytokinen und Proteinen, Kleine Moleküle können durch die Zellmembran in die Zelle eindringen und dort ihre biologischen Funktionen erfüllen. Kleine Molekülverbindungen haben ein breites Spektrum an Zielen und werden in vielen wichtigen Forschungsprojekten eingesetzt. Felder in den Biowissenschaften, wie Stamm Zellen, Organoide, Immunologie, Neurobiologie, Epigenetik, Apoptose, Ionenkanäle, Onkologie und Signaltransduktion.
Verweise
[1] Sato T, Stange DE, et al. Langfristige Expansion von Epithel-Organoiden aus menschlichem Dickdarm, Adenom, Adenokarzinom und Barrett-Epithel. Gastroenterology. 2011 Nov;141(5):1762-72. doi:10.1053/j.gastro.2011.07.050. Epub 2011 Sep 2. PMID: 21889923.
[2] Lancaster MA, Renner M, et al. Zerebrale Organoide modellieren die Entwicklung des menschlichen Gehirns und Mikrozephalie. Nature. 2013;501(7467):373-379. doi:10.1038/nature12517.
[3] Greggio C, et al. Künstliche dreidimensionale Nischen dekonstruieren die Entwicklung der Bauchspeicheldrüse in vitro. Entwicklung. 2013.140(21):4452-4462. http://dx.doi.org/10.1242/dev.096628.
[4] McCracken KW, et al. Modellierung der menschlichen Entwicklung und von Krankheiten in aus pluripotenten Stammzellen gewonnenen Magen-Organoiden. nature. 2014.516(7531):400- 404. http://dx.doi.org/10.1038/nature13863.
[5] Zhao B, Ni C, et al. Rekapitulation einer SARS-CoV-2-Infektion und Cholangiozytenschädigung anhand menschlicher Lebergangorganoide. Protein Cell. 2020 Okt;11(10 ):771-775. doi: 10.1007/s13238-020-00718-6. PMID: 32303993; PMCID: PMC7164704.
[6] Qu M, Xiong L, et al. Etablierung von intestinalen Organoidkulturen zur Modellierung der verletzungsbedingten Epithelregeneration. Cell Res. 2021 März;31(3). 259-271. doi: 10.1038/s41422-020-00453-x. Epub 2021 Jan 8. PMID:
[7] 33420425; PMCID: PMC8027647.
[8] BlueRock Therapeutics gibt die Behandlung des ersten Patienten mit DA01 in einer Phase-1-Studie an Patienten mit fortgeschrittener Parkinson-Krankheit bekannt. Pressemitteilung von BlueRock Therapeutics: 8. Juni 2021.
[9] Takasato M, Er PX, et al.Nieren-Organoide aus menschlichen iPS-Zellen enthalten mehrere Linien und modellieren die menschliche Nephrogenese. nature. 2015.526(7574):564 -568. http://dx.doi.org/10.1038/nature15695.
[10] Spence JR, Mayhew CN, et al. Gezielte Differenzierung menschlicher pluripotenter Stammzellen in Darmgewebe in vitro. Nature. 2011.470(7332):105- 109. http://dx.doi.org/10.1038/nature09691.