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类器官(Organoid)是源自多能干细胞或器官祖细胞的体外衍生3D细胞聚集体,有自我更新、自我组织且具有完整器官结构和功能[1]。自2009 年Hans Clevers 团队首次培养出小肠类器官以来,类器官得到广泛关注并迅速发展起来,先后被Science和Nature Methods评为科技发展十大突破和年度生命科学技术之一。
小鼠肠道类器官[2]
2017年被《Nature Methods》评为年度十大进展
与2D细胞相比,类器官保留了原组织结构和遗传信息,已被证明最接近体内生理环境和临床相似度最高的体外研究模型。目前,在病原微生物感染、转录组/蛋白组/代谢组学分析以及基因编辑和疾病建模等方面具有广阔的应用前景。
类器官在基础研究中的应用[3]
Hans Clevers团队首次利用肿瘤病人组织首次构建了具有22株结肠癌类器官的生物样本库,开创了用肿瘤类器官进行高通量药物筛选的方法,并提出以肿瘤类器官的体外药敏试验来指导个体化治疗设计的概念,为肿瘤药物快速筛选提供了崭新的技术平台。近年来肿瘤类器官已逐渐被认为“癌症替身”,高度概括了其来源肿瘤组织的特征,保留了个体之间的异质性,是绝佳的个性化抗肿瘤药物筛选体外模型。
肿瘤类器官在个体化精准医疗中的应用[4]
有研究表明,来源于转移性结直肠癌和胃肠道癌患者的肿瘤类器官不仅在表型和基因型上与原发性肿瘤高度相似,在对抗肿瘤药物的反应上,肿瘤类器官和临床患者相比有高度相似性,表现出了78.01%的敏感性,91.97%的特异性和84.43%的阳性预测值。
肿瘤类器官可预测肿瘤患者对不同抗肿瘤药物的反应[5]
可见,肿瘤类器官在药物研发和个体化药敏测试方面大有可为。随着类器官培养系统及其实验技术的不断发展,类器官技术将有着更为广阔的应用前景。
参考文献
[1] Fatehullah A, Tan S H, Barker N. Organoids as an in vitro model of human development and disease[J]. Nature cell biology, 2016, 18(3): 246.
[2] Sato, T., Vries, R., Snippert, H. et al. Single Lgr5 stem cells build crypt-villus structures in vitro without a mesenchymal niche. Nature 459, 262–265 (2009).
[3] Dutta, D., Heo, I., and Clevers, H. (2017). Disease Modeling in Stem Cell-Derived 3D Organoid Systems. Trends Mol Med 23, 393-410.
[4] Li Z , Qian Y , Li W , et al. Human Lung Adenocarcinoma-Derived Organoid Models for Drug Screening[J]. iScience, 2020, 23(8):101411.
[5] Yao Y , Xu X , Yang L , et al. Patient-Derived Organoids Predict Chemoradiation Responses of Locally Advanced Rectal Cancer[J]. 2020.
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怎样进行高效的类器官冻存和复苏?
在冻存前要关注类器官的生长状态、数量和大小。冻存时类器官不宜过大,待大部分细胞球体长至 100 um左右,以300-500个/管比较好。尽量选用无血清冻存液进行冻存。类器官复苏周期会比较长,可同时合并多管一起复苏,增大复苏成功率。
类器官前期培养感觉还可以,但是传代后细胞就特别少,请问可能是什么原因呢?还有类器官传代是依据什么?
类器官的收集与处理是传代过程中的重要步骤,需要注意消化时间,离心转速,尽量避免过度消化,减少细胞离心损失。传代时机也十分重要,一定要每天观察类器官生长状态,包括密度,大小及快慢。如果类器官密度小或状态一般,需要耐心等待,减少频繁对细胞处理和传代。
类器官测药为什么加Matrigel?
一般加少量的Matrigel, 用以分散类器官,避免类器官的过度聚集。
检测细胞活性,96孔板最少要加多少类器官检测?是将类器官种在96孔板还是除胶以后加进去呢?
诱导干细胞来源的类器官每个球体是均一的,保证每个测试孔里有数量一致的类器官就可。而肿瘤类器官保留肿瘤异质性,生长不均一。原则上需要除胶,将尽量均等数量的类器官加入至测试孔中。
如何用基质胶重悬细胞?
可以直接用基质胶去重悬细胞;也可以用培养基稀释后的基质胶重悬细胞,但不宜过稀,影响基质胶的成胶性。整个重悬过程在冰上操作,重悬细胞时避免产生气泡。
不同孔板培养类器官所需的基质胶和培养基体积分别是多少?
类器官常用24孔板进行培养,一般每孔种一个30-50μl的胶滴,加入500μl培养基覆盖胶滴;6孔板每孔可以种多个胶滴。培养基的加入以完全覆盖胶滴为原则,一般6孔板加入2.5 ml培养基;96孔板加入150μl培养基。
有没有类器官培养鉴定及测药操作的好文推荐?
推荐Hans Clevers团队在Nature Protocol发表的Establishment of patient-derived cancer organoids for drug-screening applications(https://doi.org/10.1038/s41596-020-0379-4).
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怎样进行高效的类器官冻存和复苏?
在冻存前要关注类器官的生长状态、数量和大小。冻存时类器官不宜过大,待大部分细胞球体长至 100 um左右,以300-500个/管比较好。尽量选用无血清冻存液进行冻存。类器官复苏周期会比较长,可同时合并多管一起复苏,增大复苏成功率。
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类器官前期培养感觉还可以,但是传代后细胞就特别少,请问可能是什么原因呢?还有类器官传代是依据什么?
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类器官的收集与处理是传代过程中的重要步骤,需要注意消化时间,离心转速,尽量避免过度消化,减少细胞离心损失。传代时机也十分重要,一定要每天观察类器官生长状态,包括密度,大小及快慢。如果类器官密度小或状态一般,需要耐心等待,减少频繁对细胞处理和传代。
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类器官测药为什么加Matrigel?
A
一般加少量的Matrigel, 用以分散类器官,避免类器官的过度聚集。
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检测细胞活性,96孔板最少要加多少类器官检测?是将类器官种在96孔板还是除胶以后加进去呢?
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诱导干细胞来源的类器官每个球体是均一的,保证每个测试孔里有数量一致的类器官就可。而肿瘤类器官保留肿瘤异质性,生长不均一。原则上需要除胶,将尽量均等数量的类器官加入至测试孔中。
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如何用基质胶重悬细胞?
A
可以直接用基质胶去重悬细胞;也可以用培养基稀释后的基质胶重悬细胞,但不宜过稀,影响基质胶的成胶性。整个重悬过程在冰上操作,重悬细胞时避免产生气泡。
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不同孔板培养类器官所需的基质胶和培养基体积分别是多少?
A
类器官常用24孔板进行培养,一般每孔种一个30-50μl的胶滴,加入500μl培养基覆盖胶滴;6孔板每孔可以种多个胶滴。培养基的加入以完全覆盖胶滴为原则,一般6孔板加入2.5 ml培养基;96孔板加入150μl培养基。
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有没有类器官培养鉴定及测药操作的好文推荐?
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推荐Hans Clevers团队在Nature Protocol发表的Establishment of patient-derived cancer organoids for drug-screening applications(https://doi.org/10.1038/s41596-020-0379-4).
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