从多能干细胞到三维类器官的构建原理2026-10-21 08:46:54
部分细胞系如HeLa细胞系会被其他生长速度更快的细胞污染,受污染的细胞系将脱离原始组织来源,以这类细胞系为模型展开病毒研究,得出的结论会出现很大偏差。传统细胞系通常来源于单一个体或者非人物种,部分场景下无法呈现人类群体的遗传多样性,也无法模拟物种之间的屏障,同时,很多病毒不具有敏感细胞。当前研究趋势朝着更为复杂的体外模型方向,包括类器官、器官芯片等,可弥补现有模型的不足,推动医疗科技的发展。类器官是由多能干细胞或组织干细胞在体外三维培养条件下自我组装形成的微型器官样结构,可模拟原生器官的关键结构与功能。与传统单层细胞培养相比,类器官具有细胞异质性、空间结构与微环境,可实现自我更新、自我组装,且在培养过程中保持稳定的遗传特征。2009年,SATO等从单个Lgr5+肠道干细胞出发,在特定基质胶中培育出带隐窝-绒毛结构的肠类器官;2011年,该团队又在此基础上建立了长期扩增体系,这套干细胞自组装培养体系已在领域内沿用至今。数十年来,类器官培养技术拓展到肝、肾、脑、肺等多个器官,特别是由人源多能干细胞诱导的类器官,可模拟胚胎发育的过程。现如今,类器官已成为连接传统二维细胞培养与动物模型之间的关键桥梁。
类器官的形成是一个模拟体内器官发育的自组织过程,可按照干细胞来源及对应分化途径划分为两类:第一类是依托成体干细胞培育而成的类器官,成体干细胞或祖细胞直接从目标器官分离,在含有基质胶与特定生长因子的三维环境中培养;第二类是使用多能干细胞建立类器官,可选用胚胎干细胞或诱导多能干细胞,通过在特定时间添加生长因子和小分子,iPSC分化成目标器官对应的内、中、外胚层祖细胞,随后,这些祖细胞在三维基质内聚集培养,自组织形成结构复杂的大脑皮层类器官、视网膜类器官或肾脏类器官。类器官形成的核心在于三维支撑与生化信号的双重调控。
出自《类器官模型在病毒研究中的应用》作者樊娅轩,王玢,李薇。
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