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類器官——SARS-CoV-2研究新模型

來源:愛必信(上海)生物科技有限公司   2023年05月10日 11:25  

2023年5月5日,世界衛(wèi)生組織總干事譚德塞在日內(nèi)瓦舉行的發(fā)布會上宣布,新冠疫情不再構成“國際關注的突發(fā)公共衛(wèi)生事件”。但譚德塞在發(fā)布會上也指出,宣布新冠疫情不再構成“國際關注的突發(fā)公共衛(wèi)生事件”,這并不意味著新冠作為一種全球健康威脅已經(jīng)結束。上周,新冠仍然每三分鐘就奪走一條生命,很多地方仍然有成千上萬的人正在重癥監(jiān)護室里為他們的生命而戰(zhàn)。SARS-CoV-2不會消失,人類要加強對自然界的監(jiān)控。同時,藥物、免疫治療的研究不能停下,以防以后再有類似情況發(fā)生。




2019 SARS-CoV-2 已經(jīng)成為一場“大流行病”,這一致命的疾病對人體多器官造成了損傷,包括呼吸系統(tǒng)、胃腸道系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)等。類器官作為一種具有自我更新、自我組織能力和再現(xiàn)來源組織生物學結構和功能的新型研究模型,已廣泛應用于SARS-CoV-2研究。它不僅能模擬SARS-CoV-2的感染機制、臨床特征,還能為抗病藥物篩選帶來新的希望。

類器官模型特性



圖1 不同來源的干細胞形成的類器官(圖片來源于文獻[1]

類器官(organoids)是一種利用胚胎干細胞(embryomic stem cells,ESCs)、誘導多能干細胞(inducedpluripotent stem cells,iPSCs)或成體干細胞(adult/tissuestem cells,ASCs)獲得的三維構建體。

類器官模型擁有與來源組織器官類似的空間組織并能重現(xiàn)相應器官的部分功能,已應用于包括肺、腸道、胃、肝臟、腎臟、大腦、視網(wǎng)膜等多種正?;蚰[瘤組織的類器官研究模型中。



類器官培養(yǎng)常用小分子化合物

小分子化合物是指分子量小于1000Da(尤其小于500 Da),具有生物學活性的化合物。小分子化合物與細胞因子和蛋白不同,小分子可以透過細胞膜進入細胞,發(fā)揮相應的生物學功能。小分子化合物的作用靶點眾多,已廣泛應用于干細胞、類器官、免疫學、神經(jīng)生物學、表觀遺傳學、細胞凋亡、離子通道、腫瘤學和信號轉(zhuǎn)導等生命科學中諸多重要的研究領域。


表1 類器官培養(yǎng)常用小分子化合物

貨號

產(chǎn)品名稱

 作用及推薦濃度

abs812864

Y-27632

處理人胚胎干細胞1h,可抑制干細胞的凋亡,提高克隆效率,延長細胞的傳代。推薦工作濃度:10μM。

abs810009

SB202190(FHPI)

可誘導人胚胎干細胞向心肌細胞分化,促進神經(jīng)干細胞的自我更新,可用于胃腸道、乳腺類器官的培養(yǎng)。推薦工作濃度:10μM。

abs810052

CHIR-99021

可誘導人胚胎干細胞向內(nèi)胚層分化,在腎臟和視網(wǎng)膜類器官培養(yǎng)中用到。與其他試劑結合使用,能刺激體細胞重編程為干細胞。推薦工作濃度:3μM

abs817694

A 83-01

用于肝臟、前列腺以及乳腺類器官的培養(yǎng),抑制iPSCs的分化,維持體外細胞的自我更新。推薦工作濃度:2μM,現(xiàn)配現(xiàn)用。

abs814916

胃膜素(人)

用于胃腸道類器官的研究。腸道及肝臟類器官培養(yǎng)時,需要添加胃泌素來延長類器官的存活時間。推薦工作濃度:10nM

abs816969

煙酰胺

促進間充質(zhì)干細胞分化成胰島素生成細胞,抑制sirtuins活性,并用于促進類器官的形成和延長類器官的壽命。推薦工作濃度:10mM。

abs810050

佛司可林

誘導多種類型細胞的分化并激活PXR和FXR,具有血小板抗凝集和降壓作用,與其他小分子聯(lián)合使用時,可誘導成纖維細胞重編程為iPSCs。肝臟類器官培養(yǎng)的過程中必須添加該物質(zhì)。推薦工作濃度:1-10μM。

abs819421

前列腺素E2

前列腺素E2(PGE2)與特異的受體結合后可介導細胞增殖、分化,在肝臟類器官和前列腺類器官培養(yǎng)時需要添加。推薦工作濃度:500nM

abs817963

乙酰半胱氨酸

抗氧化劑谷胱甘肽的前體,具有抗氧化作用,也是ROS抑制劑,抑制神經(jīng)元細胞凋亡,在大多數(shù)類器官的培養(yǎng)過程中都需要添加該物質(zhì)。推薦工作濃度:1mM。



類器官在SARS-CoV-2研究中的應用

新冠患者表現(xiàn)出的癥狀多種多樣,常見臨床癥狀為呼吸系統(tǒng)損傷,部分患者出現(xiàn)急性心衰、肝腎損傷等多器官功能衰竭[2]。而病人尸檢結果顯示,在多種組織和器官中都檢測到了病毒基因組,如肺、腸、咽、心臟、肝臟、腎臟、大腦等[3]。病毒如何進入人體不同組織的細胞,如何在宿主細胞內(nèi)復制,宿主與病原體之間的相互作用,這些研究需要一個能展示組織結構組成信息及組織生理功能的模型,而源自不同組織類型的類器官已應用于SARS-CoV-2感染研究中,成為研究SARS-CoV-2感染病理生理學以及藥物評估和體外毒理學研究的良好模型(表2)。

表2 不同類型3D類器官在SARS-CoV-2中的研究

類器官類型

來源

研究內(nèi)容

參考文獻

iPSCs

病毒感染AT2細胞,并誘導強烈的趨化因子響應,用于高通量抗病藥物篩選。

[4]

血管

iPSCs

病毒感染,hrsACE2顯著抑制感染。

[5]

小腸

人小腸組織

病毒感染小腸類器官中的腸上皮細胞,引起病毒響應程序。

[6]

ESCs

病毒感染角膜緣,引起強烈的NF-κB響應,Ⅰ/Ⅲ型干擾素下調(diào)。

[7]

結腸

人結腸組織

病毒感染并在類器官中復制。

[8]

iPSCs

病毒感染脈絡叢上皮,導致炎癥反應失調(diào)、血腦脊液屏障功能受損。

[9]

ESCs

病毒感染,hrsACE2顯著抑制感染。

[10]

肝膽管

iPSCs

分別誘導分化形成肝臟類器官和膽管類器官;病毒感染引起趨化因子響應。

[11]





類器官原代培養(yǎng)操作流程




Absin類器官原代培養(yǎng)操作演示可掃二維碼觀看

Absin類器官實操大本營第5期正在進行,歡迎一起探討學習


參考文獻


[1] 王婷, 范時盼, 陳曄光. 類器官:SARS-CoV-2研究新模型[J]. 中國科學:生命科學, 2023, 53(2):12.

[2] Shi R, Radulovich N, Ng C, et al. Organoid cultures as preclinical models of non-small cell lung cancer. Clin Cancer Res, 2020,26:1162-1174.

[3] Hui K P Y, Ching R H H, Chan S K H, et al. Tropism,replication competence,and innate immune responses of influenza virus:an analysis of human airway organoids and ex-vivo bronchus cultures. Lancet Respir Med,2018,6:846-854.

[4] Han Y,Duan X,Yang L,et al.Identification of SARS-CoV-2 inhibitors using lung and colonic organoids. Nature, 2021, 589:270-275.

[5] Monteil V,Kwon H,Prado P,et al.Inhibition of SARS-CoV-2 infections in engineered human tissues using clinical-grade soluble human ACE2.Cell,2020,181:905-913.e7.

[6] Lamers M M,Beumer J,van der Vaart J,et al.SARS-CoV-2 productively infects human gut enterocytes.Science,2020,369:50-54.

[7] Eriksen A Z, M?ller R, Makovoz B, et al.SARS-CoV-2 infects human adult donor eyes and hESC-derived ocular epithelium.Cell Stem Cell, 2021,28:1205-1220.e7.

[8] Zang R,Gomez Castro M F,McCune B T,et al.TMPRSS2 and TMPRSS4 promote SARS-CoV-2 infection of human small intestinal enterocytes.Sci Immunol,2020,5:eabc3582.

[9] Pellegrini L,Albecka A,Mallery D L,et al.SARS-CoV-2 infects the brain choroid plexus and disrupts the blood-CSF barrier in human brain organoids.Cell Stem Cell,2020,27:951-961.e5.

[10] Monteil V,Kwon H,Prado P,et al.Inhibition of SARS-CoV-2 infections in engineered human tissues using clinical-grade soluble human ACE2.Cell,2020,181:905-913.e7.

[11] Yang L,Han Y,Nilsson-Payant B E,et al.A human pluripotent stem cell-based platform to study SARS-CoV-2 tropism and model virus infection in human cells and organoids.Cell Stem Cell,2020,27:125-136.e7.


類器官培養(yǎng)小分子
產(chǎn)品推薦

貨號

產(chǎn)品名稱

 規(guī)格

貨期

abs812864

Y-27632

5mg/10mg/50mg

現(xiàn)貨

abs810009

SB202190(FHPI)

5mg/50mg

現(xiàn)貨

abs810052

CHIR-99021(CT99021)

5mg/25mg

現(xiàn)貨

abs817694

A 83-01

5mg/10mg/25mg/50mg

現(xiàn)貨

abs814916

胃膜素(人)

1mg/5mg

現(xiàn)貨

abs816969

煙酰胺

50mg/100mg/200mg/500mg

現(xiàn)貨

abs810050

佛司可林

5mg/25mg/100mg

現(xiàn)貨

abs819421

前列腺素E2

5mg/50mg

現(xiàn)貨

abs817963

乙酰半胱氨酸

100mg/200mg/500mg/5g

現(xiàn)貨


類器官培養(yǎng)基
產(chǎn)品推薦

貨號

產(chǎn)品名稱

 規(guī)格

貨期

abs9523

人腸癌類器官培養(yǎng)基

100mL/500mL

1-2周

abs9524

人胃癌類器官培養(yǎng)基

100mL/500mL

現(xiàn)貨

abs9525

人肺癌類器官培養(yǎng)基

100mL/500mL

1-2周

abs9526

人乳腺癌類器官培養(yǎng)基

100mL/500mL

1-2周

abs9527

人肝癌類器官培養(yǎng)基

100mL/500mL

1-2周

abs9528

人胰腺癌類器官培養(yǎng)基

100mL/500mL

1-2周

abs9529

人正常肝類器官培養(yǎng)基

100mL/500mL

1-2周

abs9530

人正常腸類器官培養(yǎng)基

100mL/500mL

1-2周

abs9531

人正常肺類器官培養(yǎng)基

100mL/500mL

1-2周

abs9532

人正常胰腺類器官培養(yǎng)基

100mL/500mL

1-2周

abs9533

小鼠腸癌類器官培養(yǎng)基

100mL/500mL

1-2周

abs9534

小鼠胃癌類器官培養(yǎng)基

100mL/500mL

1-2周

abs9535

小鼠肺癌類器官培養(yǎng)基

100mL/500mL

1-2周

abs9536

小鼠乳腺癌類器官培養(yǎng)基

100mL/500mL

1-2周

abs9537

小鼠肝癌類器官培養(yǎng)基

100mL/500mL

1-2周

abs9538

小鼠胰腺癌類器官培養(yǎng)基

100mL/500mL

1-2周

abs9539

小鼠正常肝類器官培養(yǎng)基

100mL/500mL

1-2周

abs9540

小鼠正常腸類器官培養(yǎng)基

100mL/500mL

1-2周

abs9541

小鼠正常肺類器官培養(yǎng)基

100mL/500mL

1-2周

abs9542

小鼠正常胰腺類器官培養(yǎng)基

100mL/500mL

1-2周

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