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    小而美的3D细胞培养——类器官

    发布时间: 2021-10-19  点击次数: 261次

    经典二维细胞培养方法,从1885年德国科学家从鸡胚中分离细胞至今,解决了许多生命科学问题,但是和细胞能够以最佳生长状态的体内环境并不相同。近年来,为尽可能的模仿细胞在生物体内的生长环境,得到更接近类似于体内生长的细胞, 越来越多研究人员开始关注三维细胞、类器官培养技术。

    20世纪80年代左右,美国劳伦斯伯克利国家实验室的Mina Bissell和William Ole Peterson①在乳腺癌的研究中发明了三维细胞培养技术, 他们的研究发现,以三维培养正常的乳腺上皮细胞形成了腺泡状单层管状结构, 同时具有原癌基因激活的乳腺上皮细胞形成了碗状腺泡结构,而这是在2D培养时所观察不到的现象。

    小而美的3D细胞培养——类器官

    from Dr. Reginato



    近代研究人员逐渐开始应用三维细胞培养技术,也就是把动物细胞与具有三维结构的支架材料共同培养, 使细胞能够在三维立体空间生长、增殖和迁移, 构成三维的细胞−细胞或细胞−载体复合物, 模拟细胞在生物体内的生长环境。三维细胞培养技术也开始应用在干细胞生物学、组织工程、肿瘤学、再生医学等研究领域。

    类器官(organoid)是体外三维培养构建出的多细胞团, 具有自我更新和自我组织能力, 并且维持了其来源组织的生理结构和功能的特点。

     类器官模型的典型制备方法,首先要分离出胚胎或多能干细胞,然后将它们培养在一个支持介质(如基质胶或水凝胶)上,使其能够三维生长。3D类器官模型创立于二十世纪九十年代,Lindberg和Pellegrini④等将角膜缘干细胞培养在3T3滋养层细胞上,成功培养出了人源3D眼角膜结构,启动人源细胞三维类器官培养的新领域,但是其应用仍有限! 2009年,Hans Clevers和Toshiro Sato③用源于小鼠肠道的成体干细胞培育出第一个微型肠道 (mini-guts)类器官,真正开启类器官培养的时代。2011年,日本RIKEN发育生物学中心的研究人员,利用类器官培养将胚胎干细胞成功构建成视杯结构(optic cup)。3D类器官培养被<Science>杂志选为2013年十个大突破技术,该领域研究人员分别建构出微型大脑、肝芽以及迷你肾。

    小而美的3D细胞培养——类器官

    这些年,类器官培养技术更是广泛运用在肿瘤生物学体外培养,研究癌症的形成;美国纽约冷泉港实验室肿瘤学家David Tuveson团队,在2015年和Hans Clevers④合作共同创建结肠癌肿瘤细胞类器官;其团队更进一步在胰腺癌患者的活体手术取得组织,建构胰腺类器官,作为抗癌药物最佳筛选平台。

    小而美的3D细胞培养——类器官

    J Mol Med (Berl). 2017


    2017年发表在<Nature Medicine>杂志上的一篇研究论文,来自英国剑桥大学Gurdon癌症研究中心的生物学家 Meritxell Huch 的研究小组取得肝癌研究的重大突破。Dr. Huch和她研究团队取下8名癌症患者身上的肿瘤细胞,研究团队借此创造出一种称为「类肿瘤」约0.5毫米的迷你肿瘤(tumouroid)。剑桥癌症研究中心的团队也利用这种肿瘤模型测试 29 种不同的癌症用药,通过纯化肿瘤细胞,排除正常细胞,癌症的分析将更加容易准确。

    小而美的3D细胞培养——类器官

    Nature Medicine 2017


    在传统的细胞培养中,大部分组织结构都会遗失改变,3D细胞培养或是类器官的培养体系,不只是在再生医学干细胞应用,目前创建研究平台从肾、肝、肺、肠、脑、前列腺、胰腺和视网膜等,在临床医学研究上都有相当大的应用,部分已运用于测试数种癌症用药。3D细胞培养或是类器官培养,在各个文献中有多种不同的材料方法,小编在此分享Biozellen®3D类器官培养基质胶的成功案例给大家。

    A.形成3D肿瘤球体成功案例分享


    小而美的3D细胞培养——类器官



    B.Biozellen基质胶被溶解后分离的完整3D细胞结构照片


    小而美的3D细胞培养——类器官



    参考文献


    1.ErbB2, but not ErbB1, reinitiates proliferation and induces luminal repopulation in epithelial acini. Muthuswamy et al., Nat. Cell Biol. 3, 785-792.

    2.ErbB2 requires integrin alpha5 for anoikis resistance via c-Src regulation of receptor activity in human mammary epithelial cells. Haenssen et al., J. of Cell Science 123, 1373-82.

    3.Stem cell-derived organoids and their application for medical research and patient treatment.Bartfeld S et al., J Mol Med, 95(7):729-738. 

    4.类器官及其在肿瘤研究中的应用( J ).李飞,高栋.中国细胞生物学学报, 2017, 39 (4): 394-400.



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