— 一篇全面的文章，加深您對類器官的理解。
類器官簡介
類器官是透過體外三維培養實現的，具有生理功能的三維結構，可以模擬內部器官或組織的正常（或患病）狀態。簡單來說，類器官是乾細胞在基質凝膠中培養的三維細胞培養。在化學抑制劑/活化劑、細胞激素和培養添加劑的影響下，類器官會發育成與相應器官相似的組織結構。
類器官的特徵
類器官具有自我更新能力，可維持源組織的生理結構與功能。它們通常被稱為“培養皿中的微器官”。利用幹細胞的自我更新、分化和自組織能力，類器官可以冷凍保存以用於生物庫，並且可以無限擴增。類器官高度複雜，與二維細胞相比，更接近體內狀態。
圖 1. 人類結腸腺癌細胞的類器官培養[1]
類器官的應用
類器官的顯著特徵是它們能夠更好地模擬體內環境，使其適合於分子和細胞生物學分析。類器官彌合了動物和細胞層面之間的差距，為腫瘤研究、藥物篩選、再生醫學等領域的研究提供了卓越的解決方案。它們已被廣泛應用於功能組織誘導、疾病模型建立、藥物篩選、抗發炎試驗、臨床研究等各個研究方面，在基礎研究和轉化應用方面都展現出巨大的潛力。
隨著類器官培養系統和實驗技術的不斷發展，類器官已被用於各種組織和器官，包括腸（小腸/結腸）、胃、肝、心臟、肺、前列腺、胰腺、腎臟、乳房、類腦結構、視網膜、內耳等。
源自腫瘤幹細胞的類器官在理解腫瘤發生髮展機制、篩選藥物敏感性、促進精準醫療和個人化診斷方面表現出巨大的潛力。 《Cell》和《Science》等多篇文章表明，類器官在預測抗癌藥物的有效性方面表現出很高的敏感性和特異性。最近，腫瘤類器官已顯示出其在預測患者對抗癌藥物的反應和協助制定個人化治療計劃方面的作用。
研究發育機制：類器官的分化能力使其適合研究胚胎發育過程與機制。 Wnt、BMP等訊息傳遞路徑調控的誘導過程可用來研究腦、胰臟、胃等器官的發育[2][3][4]。
建立疾病損傷模型：由特定組織或器官誘導的類器官可用於研究特定疾病的模型。趙兵、林新華團隊利用人類器官感染模型，研究了新冠病毒感染和肝損傷的分子機制，為研究病毒致病機制及後續藥物研發提供了重要工具[5]。北京大學生命科學院鄧宏奎課題組利用小分子和細胞激素刺激建構了一種具有損傷再生特徵的新型腸道類器官－Hyper Organoid。此類器官可長期傳代擴增，維持基因組並促進結腸組織損傷的修復，減輕急性結腸炎動物模型的病理症狀等[6]。
再生醫學：幹細胞衍生的類器官可以修復或替換受損或患病的組織，以恢復正常組織功能。它們在細胞治療上有廣泛的應用，包括其他神經退化性疾病、糖尿病、心血管疾病、視網膜疾病、脊髓損傷等。 DA01作為再生醫學領域的一種新型治療方法，利用SB-431542、LDN193189、CHIR-99021、Y-27632和Sonic Hedgehog（Shh）蛋白等小分子刺激多能幹細胞分化為多巴胺能神經元。這些神經元隨後被移植到晚期帕金森氏症患者大腦受傷的區域，為此疾病的治療提供了新的方向和途徑[7]。
藥物毒性及療效測試：類器官可用於驗證新藥在特定器官或組織中的藥物毒性，為新藥研發提供數據支持。使用 Hyman 腎類器官驗證順鉑的腎毒性就是一個例子[8]。
藥物篩選：來自幹細胞的類器官可用於藥物反應的體外測試，為藥物篩選提供理論支持。結腸類器官可用於研究CFTR突變患者的用藥方案，腫瘤類器官可用於評估患者個別化用藥情況[9]。
類器官的發展史
類器官的來源
正常類器官主要來自幹細胞，包括多能幹細胞 (PSC) 和成體幹細胞 (ASC)。多能幹細胞包括胚胎幹細胞（ESC）和誘導性多能幹細胞（iPSC）。與多能幹細胞相比，成體幹細胞的優點是建模更簡單、更快，但缺點是建構的類器官結構相對簡單。由多能幹細胞建構的類器官結構更加複雜。
| 類器官 | 生物活性分子 | 細胞因子 |
| 小腸 | Y-27632、SB-202190、83-01、胃泌素、菸鹼醯胺 | 表皮生長因子、諾金、R-Spondin 1、Wnt-3a |
| 胃 | Y-27632、SB-202190、83-01、胃泌素 我、菸鹼醯胺 | 纖維母細胞生長因子-10、表皮生長因子、諾金、R-Spondin 1、Wnt-3a |
| 肝 | Y-27632、83-01、達卡巴嗪、福斯高林、胃泌素、菸鹼醯胺、前列腺素 E2 | 步兵戰車、表皮生長因子、FGF-基礎型 、纖維母細胞生長因子-10、肝細胞生長因子、諾金、Wnt-3a |
| 腎 | CHIR-99021、維他命A酸 | 步兵戰車、步兵戰車、步兵戰車-7、FGF-基礎型、纖維母細胞生長因子-9 |
| 肺 | CHIR-99021、SB-431542 | 激活素A、FGF-基礎型、纖維母細胞生長因子-4、諾金 |
| 胰臟 | 胃泌素、83-01、菸鹼醯胺 | 纖維母細胞生長因子-10、表皮生長因子、諾金、R-Spondin 1、Wnt-3a |
|
| Y-27632、SB-202190、83-01、菸鹼醯胺、前列腺素 E2、睪固酮 | 表皮生長因子、激活素A、FGF-基礎型、纖維母細胞生長因子-10、諾金、R-Spondin 1、Wnt-10b |
| 胸部 | Y-27632 | 這裡顧林β-1、R-Spondin 1、R-Spondin 2、諾金、表皮生長因子、 FGF-基礎型、纖維母細胞生長因子-10、Wnt-3a、催乳素 |
| 視網膜 | CHIR-99021、Y-27632 | 噓噓、Wnt-3a |
| 內耳 | SB-431542、83-01 | 步兵戰車、 FGF-基礎型 |
| 腦 | Y-27632、MK-2206、GDC-0068、背索嗎啡肽 | FGF-基礎型、諾金、DKK-1、 表皮生長因子、腦源性神經營養因子、膠質細胞源性神經營養因子 |
類器官培養常用的小分子（總結）：超實用，別忘了收藏！
❶ Y-27632（Cat#53006ES、Cat#52604ES）：Rock 的強效抑制劑，透過 ATP 競爭性抑制 p160ROCK（Ki=140 nM）和 ROCK-II（IC50=800 nM）。它還抑制 PRK2（IC50=600 nM）。通常在平板培養中第一次播種時添加；後續的培養基變化可能不需要添加。以Y-27632（10 µM）處理人類胚胎幹細胞1小時，可抑制細胞凋亡、提高克隆效率、延長細胞傳代時間。
建議工作濃度：10 μM
❷ SB-202190（Cat#53005ES）：一種有效的 p38 MAPK 激酶抑制劑，靶向 p38α/β。 SB202190可誘導人類胚胎幹細胞向心肌細胞分化，促進神經幹細胞自我更新，並適用於胃腸道和乳腺類器官的培養。
建議溶解濃度：將10 mg溶於3.018 mL DMSO中，得到10 mM溶液； -20℃保存。
建議工作濃度：10 μM
❸ CHIR-99021（Cat#53003ES）：一種氨基嘧啶衍生物，作為 GSK-3（GSK3α/β）抑制劑。它誘導人類胚胎幹細胞分化為內胚層，並用於腎臟和視網膜類器官培養。 CHIR-99021 與其他試劑結合使用時，可刺激體細胞重編程為幹細胞。
建議溶解濃度：將5mg溶解於3.58mL DMSO中，得到3mM溶液； -20℃保存。
建議工作濃度：3 μM
❹ A 83-01（Cat#53002ES）：一種 Activin/NODAL/TGF-β 路徑抑制劑，可抑制 ALK5/4/7 激酶活性。一般用於肝臟、前列腺、乳房類器官的培養。它通常用於抑制誘導性多能幹細胞 (iPSC) 的分化並維持體外細胞的自我更新。
建議溶解濃度：將5mg溶於5.93mL DMSO中，得到2mM溶液； -20℃保存。 （注意：本產品溶液不穩定，建議配製後立即使用。）
建議工作濃度：2 μM
❺ 胃泌素 I (Cat#53007ES)：胃泌素是一種內源性胃腸肽激素，可刺激胃壁細胞分泌胃酸。這對於胃腸道類器官的研究至關重要。在培養腸道和肝臟類器官時，添加胃泌素有助於延長類器官的存活時間。
建議溶解濃度：將1 mg溶解於2.38 mL 1%氨溶液中，得到0.2 mM溶液； -20℃保存。
建議工作濃度：10 nM
❻ 菸鹼醯胺 (Cat#51402ES)：菸鹼醯胺是一種 B3 維生素，參與各種酵素氧化還原反應，用於胃腸道、肝臟和乳腺類器官的培養。菸鹼醯胺與細胞激素和其他生化試劑結合，具有抗發炎作用，促進間質幹細胞分化為胰島素分泌細胞，抑制sirtuins活性，用於促進類器官形成和延長類器官壽命。
建議溶解濃度：將100mg溶解於8.19mL H2O（或DMSO）中，得到100mM溶液； -20℃保存。
建議工作濃度：10 mM
❼ 福斯可林（Cat#51001ES）：福斯可林可以活化腺苷酸環化酶，常用於提高細胞內 cAMP 水平。 Forskolin誘導多種細胞類型的分化，活化PXR和FXR，具有抗血小板聚集和抗高血壓作用。在培養肝類器官時，添加這種物質是不可或缺的。
建議工作濃度：1-10 μM
❽ 前列腺素 E2 (Cat#60810ES)：前列腺素 E2 (PGE2) 調節許多生理系統，介導細胞增殖和分化。它是培養肝臟和前列腺類器官時所必需的，並且與平滑肌鬆弛、發炎、繁殖、睡眠週期調節和胃黏膜完整性有關。
建議溶解濃度：將1mg溶解於0.28mL DMSO中，得到10mM溶液； -20℃保存。
建議工作濃度：500 nM
❾ N-乙醯-L-半胱氨酸（Cat#50303ES）：N-乙醯-L-半胱氨酸 (NAC) 是抗氧化劑穀胱甘肽的前體，具有抗氧化和 ROS 抑製作用。它可以抑制神經元細胞凋亡，並且是大多數類器官培養過程中所必需的。
建議溶解濃度：將2g溶解於24.51mL H2O（或DMSO）中，得到500mM溶液； -20℃保存。
建議工作濃度：1 mM
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| 91103ES10 | 10μ克 | |
| 92711ES10 | 10μ克 | |
| 92122ES60 | 100μ克 | |
| 92201ES60 | 100μ克 | |
| 92275ES20 | 20μ克 | |
| 人類BMP-2 | 92051ES10 | 10μ克 |
參考：
[1] Sato T、Stange DE 等人。來自人類結腸、腺瘤、腺癌和巴雷特上皮的上皮類器官的長期擴增。 胃腸病學。 2011年11月;141(5):1762-72。 doi: 10.1053/j.gastro.2011.07.050。 Epub 2011 年 9 月 2 日。
[2] Lancaster MA、Renner M 等人。腦類器官模擬人類大腦發育和小頭畸形。自然。 2013.501(7467):373-379。 http://dx.doi.org/10.1038/nature12517。
[3] Greggio C 等人。人工三維微環境體外解構胰臟發育。發展。 2013.140(21):4452-4462。 http://dx.doi.org/10.1242/dev.096628。
[4] McCracken KW 等人。在多能幹細胞衍生的胃類器官中模擬人類發育和疾病。自然。 2014.516(7531):400-404。 http://dx.doi.org/10.1038/nature13863。
[5] 趙斌, 倪聰, 等.使用人類肝導管類器官重現 SARS-CoV-2 感染和膽管細胞損傷。蛋白質細胞。 2020年10月；11(10):771-775。 doi: 10.1007/s13238-020-00718-6。 PMID: 32303993； PMCID：PMC7164704。
[6] 曲梅, 熊玲, 等.建立模擬損傷相關上皮再生的腸道類器官培養。細胞研究。 2021年3月；31(3):259-271。 doi: 10.1038/s41422-020-00453-x。 Epub 2021 年 1 月 8 日。 PMCID：PMC8027647。
[7] BlueRock Therapeutics 宣佈在針對晚期帕金森氏症患者的 I 期研究中，首位患者接受了 DA01 治療。 BlueRock Therapeutics 新聞稿：2021 年 6 月 8 日。
[8] Takasato M, Er PX 等。來自人類 iPS 細胞的腎臟類器官含有多個譜系並模擬人類腎臟發生。自然。 2015.526(7574):564-568。 http://dx.doi.org/10.1038/nature15695。
[9] Spence JR、Mayhew CN 等人。人類多能幹細胞在體外定向分化為腸道組織。 自然。 2011.470(7332):105-109。 http://dx.doi.org/10.1038/nature09691。