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3D类器官助力基础科学与药学研究

       类器官(Organoids)是一种利用干细胞体外培养 出的3D细胞培养物。由于与对应的人类器官拥有高度相似的组织学特征,并能重现该器官的生理功能。类器官作为人类 疾病临床前模型,在疾病研究,肿瘤药敏,药物毒理,再生医学等方面的应用,将颠覆传统理念,为疾病研究、精准医 疗和新药开发提供全新的解决方案。与传统的单层细胞培养模型相比,类器官从形态、功能、基因表达、药物作用等方 面与体内环境更加接近,药物筛选结果也更贴近体内实验结果。因此,采用类器官模型进行生理与病理学分子机理,药 物作用机制等研究,其研究结果具有更佳的生物学意义与临床代表性。

       目前,已建成的类器官包括脑、乳腺、肺、肝、胰腺、胃、肠、前列腺等(图1) [1]。无论是正常脏器抑或是肿瘤,只要存在成体干细胞(或肿瘤干细胞),均有被培养成类器官的潜力。 其中,肿瘤及其相关的类器官已经被广泛地被应用于肿瘤的发病与进展机制研究、个体化医学与新药研发中 [2]。正常类器官的应用领域主要集中在发育生物学、疾病的发生于发展、微生物-宿主相互作用、药物的药 效与毒理等[3-5]。随着各种类器官模型的培养方法以及鉴定体系的成熟,以及基于类器官的实验方法的 日渐丰富,类器官模型在科研中的地位也在不断提高,现已成为最重要的体外模型之一。

       在生物学、基础医学和药理学研究中,一个好的研究模型往往可以带来更高生物学意义 ,也让基础研究与临床研究更好地衔接。传统的2D细胞培养,无论是细胞系培养还是原代细胞培养,都很难重现体内的 细胞组成与细胞间相互作用,这也导致2D细胞系得出的结果与动物或人体内真实发生的生物学过程有着较大差距。类器 官模型由于其3D培养体系及干细胞来源的生物学特性,使得类器官中的细胞具有自发组织、增殖及分化的特点,进而形 成于体内更接近的组织结构形态(图2),因此,无论是基因表达,代谢或者各项生化指标的检测,以及药物或其他处理 实验,类器官往往可以比2D实验得出更接近于体内真实状态的结果[6]       创芯国际生物科技(广州)有限公司目前已经可以 培养23种肿瘤类器官,其中常见癌种如肠癌、肺癌、卵巢癌、脑胶质瘤等均能达到80%甚至90%的成功率,为肿瘤个体 化医疗、药物开发和基础研究提供了研究平台。此外创芯还构建了基于动物的肠、肝、胰腺、肺、气管等正常脏器的类 器官,为疾病研究、生物学机制研究、药物药效与毒理研究等多个研究领域提供可靠的3D研究平台,助力体外基础研究 向更佳的研究结果及更高的生物学意义迈进。

参考文献

[1].Huch, M. and B.K. Koo, Modeling mouse and human development using organoid cultures. Development, 2015. 142(18): p. 3113-3125.

[2].Kondo, J. and M. Inoue, Application of Cancer Organoid Model for Drug Screening and Personalized Therapy. Cells, 2019. 8 (5).

[3].Colibactin Causes Colorectal Cancer-Associated Mutational Signature. Cancer Discov, 2020.

[4].Cantz, T., Organoids in Developmental Biology Research and Application, in Essential Current Concepts in Stem Cell Biology. 2020, Springer. p. 209-218.

[5].Leslie, J.L., et al., Persistence and Toxin Production by Clostridium difficile within Human Intestinal Organoids Result in Disruption of Epithelial Paracellular Barrier Function. Infection and Immunity, 2015. 83(1): p. 138-145.

[6].Fontoura, J.C., et al., Comparison of 2D and 3D cell culture models for cell growth, gene expression and drug resistance. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl, 2020. 107: p. 110264.

[7].Dowling, R.B., et al., The effect of rolipram, a type IV phosphodiesterase inhibitor, on Pseudomonas aeruginosa infection of respiratory mucosa. Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics, 1997. 282(3): p. 1565-1571.

[8].Stennert, E., et al., In vitro culturing of porcine tracheal mucosa as an ideal model for investigating the influence of drugs on human respiratory mucosa. European Archives of Oto-Rhino-Laryngology, 2008. 265(9): p. 1075-1081.




 


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