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类器官构建方案的设计与优化提供了指导2024-03-20 09:15:47

类器官的逐步发展和不断创新的研究路线一定程度上体现了合成生物学中系统性、模块化的思想与理念,而合成生物学的研究思路与不断开发完善的工具也为更复杂的类器官系统构建提供了新的思路与灵感。合成生物学相关研究以“设计-构建-测试-学习-再构建”的研究循环作为核心路线。合成生物学一直在尝试将工程原理引入生命科学,并推动生物元件的标准化和表征,以实现复杂生物元件、生物系统的可复制和可扩展建。自动化、标准化与工程化地设计或改造生物元件,是合成生物学的初衷,而其中涉及到的工程学思路与生命科学相结合的新模式,也为类器官构建方案的设计与优化提供了指导。

其中,设计步骤依赖于充分表征的生物部件和计算机辅助方法。设计内容包括各类控制基因转录、翻译的各类手段,基因表达的各类调控方法,以及各类翻译后修饰手段的选择与组合。构建步骤,各类先进的核酸工具酶试剂盒、各种核酸修饰技术以及各类组合式文库数据简化重组载体的构建过程,该步骤中可以实现组分到元件再到组件的逐步构建,直至组合成完整的具有功能的生物系统。测试步骤主要依赖于微流控芯片及高通量筛选,监测系统输出,如荧光蛋白标记;用于化合物检测的液相色谱-质谱分析技术等,测试所构建的生物元件是否稳定、可重复且具有相应的功能。
 
在学习步骤中,采用各种计算机建模方法进行深度学习、并对设计及构建过程进行仿真和优化。这一研究循环在类器官的构建过程中也有一定的体现,在新的类器官构建方案的开发早期,研究人员需要明确所需构建的类器官模型的体内发育过程,包括发育的中间状态及分化各阶段的分子机制;基于明确的生物过程,研究人员需要设计合适的类器官体外培养条件,实现具有特定细胞类型及特定结构的类器官体外分化诱导。
 
出自《类器官技术与合成生物学协同研究进展》作者陈子苓,向阳飞.