— Một bài viết toàn diện giúp bạn hiểu sâu hơn về các cơ quan.
Giới thiệu về Organoid
Organoid là những cấu trúc ba chiều có chức năng sinh lý mô phỏng trạng thái bình thường (hoặc bệnh lý) của các cơ quan hoặc mô bên trong, đạt được thông qua nuôi cấy 3D bên ngoài cơ thể. Nói một cách đơn giản hơn, organoid là nuôi cấy tế bào ba chiều, trong đó tế bào gốc được nuôi cấy trong gel ma trận. Dưới tác động của chất ức chế/kích hoạt hóa học, cytokine và chất phụ gia nuôi cấy, organoid phát triển thành các cấu trúc mô tương tự như các cơ quan tương ứng.
Đặc điểm của Organoid
Organoid sở hữu khả năng tự đổi mới, duy trì cấu trúc và chức năng sinh lý của mô nguồn. Chúng thường được gọi là "vi cơ quan trong đĩa". Tận dụng khả năng tự đổi mới, biệt hóa và tự tổ chức của tế bào gốc, organoid có thể được bảo quản đông lạnh để sử dụng trong các ngân hàng sinh học và có thể trải qua quá trình mở rộng không giới hạn. Organoid rất phức tạp và, so với tế bào 2D, giống với trạng thái trong cơ thể sống hơn.
Hình 1. Nuôi cấy cơ quan của tế bào ung thư biểu mô ruột kết của con người [1]
Ứng dụng của Organoid
Đặc điểm nổi bật của organoid là khả năng mô phỏng tốt hơn môi trường trong cơ thể sống, khiến chúng phù hợp với các phân tích sinh học phân tử và tế bào. Thu hẹp khoảng cách giữa cấp độ động vật và tế bào, organoid cung cấp giải pháp vượt trội cho nghiên cứu trong các lĩnh vực như nghiên cứu khối u, sàng lọc thuốc, y học tái tạo, v.v. Chúng đã được ứng dụng rộng rãi trong cảm ứng mô chức năng, thiết lập mô hình bệnh, sàng lọc thuốc, thử nghiệm chống viêm, nghiên cứu lâm sàng và nhiều khía cạnh nghiên cứu khác, cho thấy tiềm năng to lớn trong cả nghiên cứu cơ bản và ứng dụng chuyển dịch.
Khi các hệ thống nuôi cấy organoid và các kỹ thuật thực nghiệm tiếp tục phát triển, organoid đã được sử dụng cho nhiều mô và cơ quan khác nhau, bao gồm ruột (ruột non/đại tràng), dạ dày, gan, tim, phổi, tuyến tiền liệt, tuyến tụy, thận, vú, các cấu trúc giống não, võng mạc, tai trong, v.v.
Các organoid có nguồn gốc từ tế bào gốc khối u đã cho thấy tiềm năng đáng kể trong việc hiểu các cơ chế xuất hiện và phát triển khối u, sàng lọc độ nhạy thuốc và thúc đẩy y học chính xác và chẩn đoán cá nhân hóa. Nhiều bài báo từ Cell and Science chỉ ra rằng các organoid thể hiện độ nhạy và độ đặc hiệu cao trong việc dự đoán hiệu quả của thuốc chống ung thư. Gần đây, các organoid khối u đã chứng minh vai trò của chúng trong việc dự đoán phản ứng của bệnh nhân đối với thuốc điều trị ung thư và hỗ trợ xây dựng các kế hoạch điều trị cá nhân hóa.
Nghiên cứu Cơ chế Phát triển: Khả năng biệt hóa của các cơ quan làm cho chúng phù hợp để nghiên cứu các quá trình và cơ chế phát triển phôi. Các quá trình cảm ứng được điều chỉnh bởi các con đường truyền tín hiệu như Wnt và BMP có thể được sử dụng để nghiên cứu sự phát triển của các cơ quan như não, tuyến tụy và dạ dày [2][3][4].
Thiết lập mô hình tổn thương bệnh tật: Các organoid được tạo ra từ các mô hoặc cơ quan cụ thể có thể được sử dụng để nghiên cứu các mô hình bệnh tật cụ thể. Các nhóm do Zhao Bing và Lin Xinhua đứng đầu đã sử dụng các mô hình nhiễm trùng organoid của con người để nghiên cứu cơ chế phân tử của nhiễm trùng SARS-CoV-2 và tổn thương gan, cung cấp các công cụ quan trọng để nghiên cứu cơ chế gây bệnh của vi-rút và phát triển thuốc sau đó [5]. Nhóm nghiên cứu do Deng Hongkui tại Khoa Khoa học Sự sống của Đại học Bắc Kinh đứng đầu đã sử dụng các phân tử nhỏ và cytokine để kích thích xây dựng một organoid ruột mới có đặc điểm tái tạo tổn thương—Hyper Organoid.Cơ quan này có thể được truyền và khuếch đại trong thời gian dài, duy trì bộ gen và thúc đẩy quá trình sửa chữa tổn thương mô ruột kết, làm giảm các triệu chứng bệnh lý ở mô hình động vật bị viêm đại tràng cấp tính, v.v. [6].
Y học tái tạo: Các cơ quan dạng tế bào gốc có nguồn gốc từ tế bào gốc có thể sửa chữa hoặc thay thế các mô bị tổn thương hoặc bị bệnh để phục hồi chức năng mô bình thường. Chúng có nhiều ứng dụng trong liệu pháp tế bào, bao gồm các bệnh thoái hóa thần kinh khác, tiểu đường, bệnh tim mạch, rối loạn võng mạc, chấn thương tủy sống, v.v. Là một phương pháp điều trị mới trong lĩnh vực y học tái tạo—DA01, sử dụng các phân tử nhỏ như SB-431542, LDN193189, CHIR-99021, Y-27632 và protein Sonic Hedgehog (Shh), kích thích các tế bào gốc đa năng biệt hóa thành các tế bào thần kinh dopaminergic. Sau đó, các tế bào thần kinh này được cấy ghép vào các vùng não bị thương của bệnh nhân mắc bệnh Parkinson giai đoạn cuối, mở ra một hướng đi và phương pháp tiếp cận mới để điều trị căn bệnh này [7].
Kiểm tra độc tính và hiệu quả của thuốc: Các cơ quan có thể được sử dụng để xác minh độc tính dược lý của thuốc mới trong các cơ quan hoặc mô cụ thể, cung cấp dữ liệu hỗ trợ cho việc phát triển thuốc mới. Việc sử dụng các cơ quan thận Hyman để xác minh độc tính thận của Cisplatin là một ví dụ [8].
Sàng lọc thuốc: Các cơ quan dạng tế bào gốc có nguồn gốc từ tế bào gốc có thể được sử dụng để thử nghiệm phản ứng thuốc trong ống nghiệm, cung cấp hỗ trợ lý thuyết cho việc sàng lọc thuốc. Các cơ quan dạng ruột kết có thể được sử dụng để nghiên cứu các kế hoạch dùng thuốc cho bệnh nhân có đột biến CFTR và các cơ quan dạng khối u có thể được sử dụng để đánh giá các tình huống dùng thuốc cá nhân cho bệnh nhân [9].
Lịch sử phát triển của các cơ quan
Nguồn gốc của các chất hữu cơ
Các cơ quan bình thường chủ yếu có nguồn gốc từ tế bào gốc, bao gồm tế bào gốc đa năng (PSC) và tế bào gốc trưởng thành (ASC). Tế bào gốc đa năng bao gồm tế bào gốc phôi (ESC) và tế bào gốc đa năng cảm ứng (iPSC). So với tế bào gốc đa năng, tế bào gốc trưởng thành có ưu điểm là mô hình hóa đơn giản hơn và nhanh hơn, nhưng nhược điểm là xây dựng các cấu trúc cơ quan tương đối đơn giản hơn. Các cấu trúc cơ quan được xây dựng từ tế bào gốc đa năng phức tạp hơn.
| Các cơ quan | Phân tử hoạt tính sinh học | Cytokine |
| Ruột non | Y-27632、SB-202190、Một 83-01、Gastrin、Nicotinamid | EGF、Đầu、R-Spondin 1、Wnt-3a |
| Cái bụng | Y-27632、SB-202190、Một 83-01、Gastrin TÔI、Nicotinamid | FGF-10、EGF、Đầu、R-Spondin 1、Wnt-3a |
| Gan | Y-27632、Một 83-01、DAPT、Forskolin、Gastrin、Nicotinamid、Prostaglandin E2 | BMP-4、EGF、FGF-cơ bản 、FGF-10、HGF、Đầu、Wnt-3a |
| Quả thận | CHIR-99021、Axit Retinoic | BMP-2、BMP-4、BMP-7、FGF-cơ bản、FGF-9 |
| Phổi | CHIR-99021、SB-431542 | Hoạt chất A、FGF-cơ bản、FGF-4、Đầu |
| Tuyến tụy | Gastrin I、Một 83-01、Nicotinamid | FGF-10、EGF、Đầu、R-Spondin 1、Wnt-3a |
|
| Y-27632、SB-202190、Một 83-01、Nicotinamid、Prostaglandin E2、Testosterone | EGF、Hoạt chất A、FGF-cơ bản、FGF-10、Đầu、R-Spondin 1、Wnt-10b |
| Nhũ hoa | Y-27632 | Đây guđường β-1、R-Spondin 1、R-Spondin 2、Đầu、EGF、 FGF-cơ bản、FGF-10、Wnt-3a、Prolactin |
| võng mạc | CHIR-99021、Y-27632 | Suỵt、Wnt-3a |
| Tai trong | SB-431542、Một 83-01 | BMP-4、 FGF-cơ bản |
| Não | Y-27632、MK-2206、GDC-0068、Dorsomorphin | FGF-cơ bản、Đầu、Đồng Việt Nam-1、 EGF、BDNF、GDNF |
Các phân tử nhỏ thường dùng trong nuôi cấy cơ quan (Tóm tắt): Siêu thực tế, đừng quên đánh dấu trang!
❶ Y-27632 (Cat#53006ES, Cat#52604ES): Chất ức chế mạnh Rock, ức chế cạnh tranh p160ROCK (Ki=140 nM) và ROCK-II (IC50=800 nM) bằng cách cạnh tranh với ATP.Nó cũng ức chế PRK2 (IC50=600 nM). Thường được thêm vào trong lần gieo hạt đầu tiên trong nuôi cấy đĩa; những lần thay đổi môi trường tiếp theo có thể không cần thêm. Xử lý tế bào gốc phôi người bằng Y-27632 (10 µM) trong 1 giờ có thể ức chế apoptosis, tăng hiệu quả nhân bản và kéo dài thời gian truyền tế bào.
Nồng độ làm việc được khuyến nghị: 10 μM
❷ SB-202190 (Cat#53005ES): Chất ức chế kinase p38 MAPK hiệu quả, nhắm vào p38α/β. SB202190 có thể thúc đẩy sự biệt hóa của tế bào gốc phôi người thành tế bào cơ tim, thúc đẩy quá trình tự tái tạo của tế bào gốc thần kinh và có thể áp dụng cho nuôi cấy các cơ quan tuyến vú và đường tiêu hóa.
Nồng độ hòa tan khuyến nghị: Hòa tan 10 mg trong 3,018 mL DMSO để thu được dung dịch 10 mM; bảo quản ở -20℃.
Nồng độ làm việc được khuyến nghị: 10 μM
❸ CHIR-99021 (Mã số # 53003ES): Một dẫn xuất aminopyrimidine, hoạt động như một chất ức chế GSK-3 (GSK3α/β). Nó thúc đẩy sự biệt hóa của tế bào gốc phôi người thành nội bì và được sử dụng trong nuôi cấy mô thận và võng mạc. CHIR-99021, khi được sử dụng kết hợp với các thuốc thử khác, kích thích tái lập trình tế bào soma thành tế bào gốc.
Nồng độ hòa tan khuyến nghị: Hòa tan 5 mg trong 3,58 mL DMSO để thu được dung dịch 3 mM; bảo quản ở -20℃.
Nồng độ làm việc được khuyến nghị: 3 μM
❹ A 83-01 (Mã số # 53002ES): Chất ức chế con đường Activin/NODAL/TGF-β, ức chế hoạt động của kinase ALK5/4/7. Thường được sử dụng trong nuôi cấy các cơ quan dạng gan, tuyến tiền liệt và tuyến vú. Thường được sử dụng để ức chế sự biệt hóa của tế bào gốc đa năng cảm ứng (iPSC) và duy trì khả năng tự tái tạo của tế bào trong ống nghiệm.
Nồng độ hòa tan khuyến nghị: Hòa tan 5 mg trong 5,93 mL DMSO để thu được dung dịch 2 mM; bảo quản ở -20℃. (Lưu ý: Sản phẩm này không ổn định trong dung dịch và được khuyến nghị sử dụng ngay sau khi pha chế.)
Nồng độ làm việc được khuyến nghị: 2 μM
❺ Gastrin I (Mã số # 53007ES): Gastrin là một hormone peptide đường tiêu hóa nội sinh kích thích các tế bào thành dạ dày tiết ra axit dạ dày. Nó rất quan trọng đối với các nghiên cứu về các cơ quan đường tiêu hóa. Khi nuôi cấy các cơ quan đường ruột và gan, việc bổ sung gastrin giúp kéo dài thời gian sống của các cơ quan.
Nồng độ hòa tan khuyến nghị: Hòa tan 1 mg trong 2,38 mL dung dịch amoniac 1% để thu được dung dịch 0,2 mM; bảo quản ở -20℃.
Nồng độ làm việc được khuyến nghị: 10 nM
❻ Nicotinamide (Mã số # 51402ES): Nicotinamide, một loại vitamin B3, tham gia vào nhiều phản ứng oxy hóa khử bằng enzym và được sử dụng trong nuôi cấy các cơ quan tuyến tiêu hóa, gan và vú. Nicotinamide, kết hợp với cytokine và các thuốc thử sinh hóa khác, thể hiện đặc tính chống viêm, thúc đẩy sự biệt hóa của tế bào gốc trung mô thành tế bào sản xuất insulin, ức chế hoạt động của sirtuin và được sử dụng để thúc đẩy sự hình thành cơ quan và kéo dài tuổi thọ của cơ quan.
Nồng độ hòa tan khuyến nghị: Hòa tan 100 mg trong 8,19 mL H2O (hoặc DMSO) để thu được dung dịch 100 mM; bảo quản ở -20℃.
Nồng độ làm việc được khuyến nghị: 10 mM
❼ Forskolin (Cat#51001ES): Forskolin có thể kích hoạt adenylate cyclase, thường được sử dụng để nâng cao mức cAMP nội bào. Forskolin gây ra sự biệt hóa của nhiều loại tế bào khác nhau, kích hoạt PXR và FXR, và có tác dụng chống kết tập tiểu cầu và hạ huyết áp. Khi nuôi cấy các cơ quan gan, việc bổ sung chất này là điều cần thiết.
Nồng độ làm việc được khuyến nghị: 1-10 μM
❽ Prostaglandin E2 (Cat#60810ES): Prostaglandin E2 (PGE2) điều chỉnh nhiều hệ thống sinh lý, trung gian cho sự tăng sinh và biệt hóa tế bào.Nó cần thiết khi nuôi cấy các cơ quan dạng gan và tuyến tiền liệt và liên quan đến sự thư giãn cơ trơn, tình trạng viêm, sinh sản, điều hòa chu kỳ giấc ngủ và tính toàn vẹn của niêm mạc dạ dày.
Nồng độ hòa tan khuyến nghị: Hòa tan 1 mg trong 0,28 mL DMSO để thu được dung dịch 10 mM; bảo quản ở -20℃.
Nồng độ làm việc được khuyến nghị: 500 nM
❾ N-acetyl-L-Cysteine (Mã số # 50303ES): N-acetyl-L-cysteine (NAC) là tiền chất của chất chống oxy hóa glutathione, có tác dụng chống oxy hóa và ức chế ROS. Nó ức chế apoptosis tế bào thần kinh và là chất cần thiết trong quá trình nuôi cấy của hầu hết các cơ quan.
Nồng độ hòa tan khuyến nghị: Hòa tan 2 g trong 24,51 mL H2O (hoặc DMSO) để thu được dung dịch 500 mM; bảo quản ở -20℃.
Nồng độ làm việc được khuyến nghị: 1 mM
Thông tin sản phẩm liên quan
| Psản phẩm Ntôi | CON MÈO | Kích cỡ |
| Con người Wnt-3a | 92276ES10 | 10μg |
| 92278ES20 | 20μg | |
| 92701ES10 | 10μg | |
| Đầu Người | 92528ES10 | 10μg |
| 91330ES10 | 10μg | |
| 91306ES10 | 10μg | |
| 91502ES10 | 10μg | |
| 91701ES08 | 10μg | |
| 92602ES60 | 100μg | |
| 91204ES10 | 10μg | |
| 90601ES10 | 10μg | |
| 91113ES10 | 10μg | |
| 92279ES10 | 10μg | |
| 92055ES10 | 10μg | |
| 92053ES10 | 10μg | |
| 92129ES08 | 5μg | |
| 91304ES10 | 10μg | |
| 91702ES10 | 10μg | |
| 92252ES60 | 100μg | |
| 90103ES10 | 10μg | |
| 90104ES10 | 10μg | |
| 90197ES10 | 10μg | |
| 90144ES08 | 10μg | |
| 90196ES10 | 10μg | |
| 90194ES10 | 10μg | |
| 90111ES10 | 10μg | |
| 90120ES10 | 10μg | |
| 90198ES10 | 10μg | |
| 91605ES10 | 10μg | |
| 92251ES10 | 10μg | |
| 92566ES08 | 5μg | |
| 92102ES10 | 10μg | |
| 91103ES10 | 10μg | |
| 92711ES10 | 10μg | |
| 92122ES60 | 100μg | |
| 92201ES60 | 100μg | |
| 92275ES20 | 20μg | |
| BMP-2 của con người | 92051ES10 | 10μg |
Tài liệu tham khảo：
[1] Sato T, Stange DE, và cộng sự.Sự mở rộng lâu dài của các cơ quan biểu mô từ ruột kết của con người, u tuyến, ung thư biểu mô tuyến và biểu mô Barrett. Tiêu hóa. 2011 tháng 11; 141 (5): 1762-72. doi: 10.1053 / j.gastro.2011.07.050. Epub 2011 tháng 9 2. PMID: 21889923.
[2] Lancaster MA, Renner M, et al. Mô hình các cơ quan não mô phỏng sự phát triển não người và chứng đầu nhỏ. Nature. 2013.501(7467):373-379. http://dx.doi.org/10.1038/nature12517.
[3] Greggio C, et al. Các hốc ba chiều nhân tạo phân tích sự phát triển của tuyến tụy trong ống nghiệm. Phát triển. 2013.140(21):4452-4462. http://dx.doi.org/10.1242/dev.096628.
[4] McCracken KW, et al. Mô hình hóa sự phát triển và bệnh tật của con người trong các cơ quan dạ dày có nguồn gốc từ tế bào gốc đa năng. Nature. 2014.516(7531):400-404. http://dx.doi.org/10.1038/nature13863.
[5] Zhao B, Ni C, et al. Tóm tắt về nhiễm trùng SARS-CoV-2 và tổn thương tế bào đường mật với các cơ quan ống gan người. Protein Cell. Tháng 10 năm 2020; 11 (10): 771-775. doi: 10.1007/s13238-020-00718-6. PMID: 32303993; PMCID: PMC7164704.
[6] Qu M, Xiong L, et al. Thiết lập các mô hình nuôi cấy organoid ruột tái tạo biểu mô liên quan đến chấn thương. Cell Res. 2021 tháng 3; 31 (3): 259-271. doi: 10.1038 / s41422-020-00453-x. Epub 2021 ngày 8 tháng 1. PMID: 33420425; PMCID: PMC8027647.
[7] BlueRock Therapeutics công bố bệnh nhân đầu tiên được dùng liều DA01 trong nghiên cứu giai đoạn 1 ở những bệnh nhân mắc bệnh Parkinson giai đoạn tiến triển. Thông cáo báo chí của BlueRock Therapeutics: Ngày 8 tháng 6 năm 2021.
[8] Takasato M, Er PX, et al. Các cơ quan thận từ tế bào iPS của con người chứa nhiều dòng dõi và mô hình hóa quá trình sinh thận ở người. Nature. 2015.526(7574):564-568. http://dx.doi.org/10.1038/nature15695.
[9] Spence JR, Mayhew CN, et al. Phân hóa có định hướng các tế bào gốc đa năng của con người thành mô ruột trong ống nghiệm. Thiên nhiên. 2011.470(7332):105-109. http://dx.doi.org/10.1038/nature09691.