摘要：类器官指通过干细胞自组织在体外三维(3D)培养条件下分化形成的功能性细胞组织复合体,能够反映人体来源组织或器官的部分关键结构和功能特征,是一种极具前景的体外模型体系.目前,多数类器官的形成和培养都依赖复杂的动物来源细胞外基质(如Matrigel),该类基质的肿瘤源性和批次差异性影响了类器官培养的重现性,难以满足生物医学研究的需求.相比之下,各种天然和合成基水凝胶成分明确,具有高度可调的物理和化学特性,已广泛用于各种细胞的3D培养.本文概述了类器官的形成与培养现状,重点介绍了各种已用于类器官研究的水凝胶材料及其设计与工程化策略,讨论了功能化水凝胶材料在类器官基础研究和转化应用方面的潜力,并对其未来的发展趋势与面临挑战进行了展望.

摘要：目的构建成人源性甲状腺类器官模型,并优化其体外培养方案。方法选取成人甲状腺乳头状癌(PTC)患者癌旁正常甲状腺组织,经消化、分离得到甲状腺细胞,以基质胶包埋细胞,设计不同甲状腺类器官条件培养基进行培养,在显微镜下观察第1代和第2代类器官形成效率和出芽情况。采用H-E染色观察类器官模型的组织学形态,免疫组织化学染色检测类器官模型中甲状腺特异性标志物NK2同源框蛋白1(NKX2.1)、配对盒基因8(PAX8)和甲状腺球蛋白(TG)表达情况,评估类器官模型与正常甲状腺组织的一致性。采用ELISA法检测类器官模型上清液中甲状腺素(T4)和三碘甲状腺原氨酸(T3)水平,验证其是否具有激素分泌功能。结果从7例PTC患者的手术标本中成功建立了8例甲状腺类器官模型。在甲状腺类器官培养体系中,提高Noggin和表皮生长因子浓度及联用多种小分子抑制剂后,第1代和第2代类器官模型出芽更多、球体更大,类器官形成效率更高。H-E染色结果显示,甲状腺类器官模型中可见大量由单层立方上皮细胞围成的滤泡结构,与人体甲状腺组织结构特征相似。免疫组织化学染色结果显示,类器官模型中甲状腺标志物NKX2.1、PAX8和TG阳性,与来源组织生物标志物特征一致。ELISA检测结果显示,类器官模型上清液中可见T3、T4分泌,表明其具有甲状腺激素分泌能力。结论采用成人甲状腺组织构建的类器官模型稳定,为甲状腺功能减退症的再生医学治疗提供了新的方向。

摘要：目的使用临床样本成功构建卵巢癌类器官模型,选用卵巢癌临床常用一线化疗药物卡铂,探究不同处理因素对卵巢癌类器官药物敏感性测试结果的影响,为肿瘤患者个体化用药和精准治疗方案的选择提供依据。方法采用不同细胞密度、不同药物剂量、不同药物作用时间对2例卵巢癌类器官OC-1、OC-2进行处理,设置对照组和处理组,比较分析2例卵巢癌类器官对卡铂的敏感性。药物剂量上设计6组不同浓度(100、50、10、1、0.1、0.01μmol/L)卡铂作用于2例卵巢癌类器官。药物作用时间上,以相同剂量100μmol/L卡铂分别作用于2例卵巢癌类器官3~9 d。细胞药物敏感性测试上通过CCK-8法检测细胞增殖活力,根据肿瘤细胞相对抑制率(T/C)比较分析不同处理因素对卵巢癌类器官药物敏感性测试结果的影响。结果(1)在细胞密度的选择上,每孔接种8000个和4000个细胞时,50~100μmol/L卡铂均对卵巢癌类器官OC-1、OC-2的生长抑制作用显著(P0.05)。(2)在不同药物剂量的选择上,50~100μmol/L卡铂均对卵巢癌类器官OC-1、OC-2体外有效(T/C≤50%),而其余4个剂量组体外无效。(3)在药物作用时间的选择上,100μmol/L的卡铂对类器官OC-1、OC-2在3~9 d观测期中,与对照组相比,随时间延长具有更显著的生长抑制作用(P<0.01或P<0.001)。结论通过卵巢癌类器官模拟体内真实的肿瘤环境下,化疗药物卡铂在不同剂量、不同作用时间下均影响卵巢癌药物敏感性检测结果。利用卵巢癌类器官为卵巢癌患者设计个体化用药方案具有十分积极的意义。

摘要：目的构建双层含骨基质骨器官芯片并用于体外模拟成骨细胞和破骨细胞分化,为抗骨质疏松药物开发提供新平台。方法使用WorkSoild软件制作双层双通道骨器官芯片设计图,利用光刻技术制备浇注母版。以聚二甲基硅氧烷(PDMS)为原料,通过模具浇注制备芯片主体。以牛皮质骨片为间隔,分隔培养室4个通道进出口采用储液柱封闭。芯片验证实验分为成骨、破骨诱导组和成骨、破骨对照组,成骨、破骨诱导组将小鼠胚胎成骨细胞前体细胞MC3T3-E1和小鼠巨噬细胞RAW264.7分别接种于芯片上,成骨诱导14 d,破骨诱导7 d。成骨、破骨对照组为不进行诱导的MC3T3-E1细胞和RAW264.7细胞。观察指标包括:(1)芯片外观及密封性:芯片制备完成后拍照观察外观并通过密封实验观察密封性能。(2)生物相容性:MC3T3-E1细胞和RAW264.7细胞接种于芯片培养3 d及培养1、3、5 d后,分别采用钙黄绿素乙酰氧基甲酯/碘化丙啶(AM/PI)染色和细胞增殖及毒性检测试剂盒(CCK-8)实验观察细胞存活情况。(3)成骨分化情况:对成骨诱导组细胞进行碱性磷酸酶(ALP)染色、茜素红染色观察成骨细胞诱导情况。收集成骨诱导组和成骨对照组细胞RNA,qPCR检测成骨细胞标志基因Runt相关转录因子2(RUNX2)、骨钙素(OCN)、Ⅰ型胶原(COL1A1)表达情况,观察成骨细胞分化程度和成骨能力。(4)破骨分化情况:对破骨诱导组细胞进行抗酒石酸酸性磷酸酶(TRAP)染色观察破骨细胞分化情况。提取破骨诱导组和破骨对照组细胞RNA进行破骨分化基因qPCR,检测破骨细胞标志基因TRAP、组织蛋白酶K(CTSK)和树突状细胞特异性跨膜蛋白(DC-STAMP)表达水平。结果双层含骨基质骨器官芯片大小为3 cm×3 cm,整体透光,芯片系统结构对接紧凑,无渗液。钙黄绿素AM/PI染色结果显示,MC3T3-E1细胞和RAW264.7细胞培养3 d后,呈红色荧光死细胞极少。CCK-8实验结果显示,MC3T3-E1细胞和RAW264.7细胞培养5 d内,细胞活力均在90%以上,表明芯片生物相容性好,细胞可以正常存活并增殖。ALP染色和茜素红染色结果显示,成骨诱导14 d,成骨诱导组MC3T3-E1细胞成功分化为成骨细胞并产生钙化结节。qPCR结果显示,成骨诱导组MC3T3-E1细胞的RUNX2相对表达量为4.98±0.74,显著高于对照组的0.99±0.03(P<0.01);MC3T3-E1细胞的OCN相对表达量为7.98±0.76,显著高于对照组的1.00±0.06(P<0.01);MC3T3-E1细胞的COL1A1相对表达量为7.07±0.56,显著高于对照组的0.97±0.03(P<0.01)。TRAP染色结果显示,破骨诱导7 d,破骨诱导组RAW264.7细胞形成巨大的多核破骨细胞,破骨细胞表达大量TRAP蛋白。qPCR检测结果显示,破骨诱导组RAW264.7细胞的TRAP相对表达量为3.35±0.37,显著高于对照组的1.01±0.06(P<0.01);RAW264.7细胞的CTSK相对表达量为3.46±0.79,显著高于对照组的1.01±0.05(P<0.01);RAW264.7细胞的DC-STAMP相对表达量为1.92±0.12,显著高于对照组的0.98±0.08(P<0.01)。结论双层含骨基质骨器官芯片结构紧凑,可长期体外培养,生物相容性好,可进行成骨和破骨细胞分化诱导,有望为骨质疏松机制探究和药物筛选提供新的研究平台。

摘要：目的构建基于血管化机制的骨不连类器官芯片,并探讨无菌性骨不连发生机制。方法设计半开放微流控芯片,实现人骨髓间充质干细胞(bone marrow mesenchymal stromal cells,BMSC)、人胚肺成纤维细胞(human fetal lung fibroblast 1,HFL1)与人脐静脉内皮细胞(human umbilical vein endothelial cells,HUVEC)共培养,建立三维器官芯片体系。设置HFL1与HUVEC不同比例与BMSC共培养,分为对照组(HFL1∶HUVEC=1∶1)、纤维化组(HFL1∶HUVEC=3∶1)与血管化组(HFL1∶HUVEC=1∶3)。通过碱性磷酸酶(alkaline phosphatase,ALP)、茜素红(alizarin red)染色观察BMSC成骨分化情况,qPCR分析成骨标志基因SP7、RUNX2、ALPL、BGLAP及血管化相关基因KDR、VWF转录情况,Western blot检测成骨标志蛋白RUNX2和ALP表达水平。结果BMSC、HFL1和HUVEC共培养体系中BMSC正常生长且出现明显生物矿化行为,血管内皮细胞能够形成有序血管结构,证实体系构建成功。相较对照组,纤维化组BMSC成骨分化下降趋势不明显,矿化标志基因ALPL和BGLAP相对表达量为0.55±0.19、0.42±0.27,差异均有统计学意义(P<0.05);血管化组基因KDR和VWF下调,相对表达量为0.49±0.17、0.49±0.21,差异均有统计学意义(P<0.05)。相较对照组,血管化组BMSC成骨分化基因SP7、RUNX2、ALPL和BGLAP上调,相对表达量分别为2.91±0.52、3.83±1.87、3.22±1.29和5.21±1.46,差异均有统计学意义(P<0.05);血管化基因KDR、VWF上调,相对表达为8.24±2.84、5.32±1.67,差异均有统计学意义(P<0.05)。Western blot结果表明RUNX2、ALP在血管化组中表达增加,纤维化组中表达减少。结论骨不连类器官芯片能够部分模拟骨不连局部微环境,纤维化可能导致骨形成能力和血管化水平显著下降,是无菌性骨不连发生的潜在重要原因。

摘要：目的探讨白细胞介素(IL)-12基因及微小RNA(miR)-127基因共转染后的人脐带间充质干细胞(hUCMSCs)是否拥有更为持久、稳定的抗肿瘤作用。方法选取2021年7月至2021年9月就诊于厦门大学附属第一医院分娩产妇的人脐带组织及卵巢癌患者的卵巢癌组织,贴壁法分离hUC-MSCs;慢病毒转染IL-12基因及miR-127基因;定量反转录聚合酶连锁反应(qRT-PCR)、免疫印迹实验(Western-Blot)、侵袭、迁移、酶联免疫吸附试验(ELISA)等明确IL-12基因修饰的h UC-MSCs联合miR-127基因在卵巢癌中发挥的作用。结果在人卵巢腺癌(OVCAR3)细胞增殖方面,h UC-MSC组的OVCAR3细胞较空白(Mock)对照组增加[OD450:(2.26±0.13)vs.(2.71±0.14),P<0.01],hUC-MSC/IL-12+miR-127组较h UC-MSC/NC组减弱[OD450:(2.62±0.12)vs.(2.25±0.13),P<0.01];在细胞迁移方面,h UC-MSC组的OVCAR3细胞较Mock对照组增强[迁移数量:(173.70±5.13)vs.(322.00±14.18),P<0.01],hUC-MSC/IL-12+miR-127组较hUC-MSC/NC组减弱[迁移数量:(313.70±27.79)vs.(133.30±8.33),P<0.01];在细胞侵袭方面,hUC-MSC组的OVCAR3细胞较Mock对照组增强[侵袭数量:(105.00±15.72)vs.(172.30±14.74),P<0.01],h UC-MSC/IL-12+miR-127组较hUC-MSC/NC组减弱[侵袭数量:(88.33±7.64)vs.(53.67±11.24),P<0.01];在细胞划痕创伤修复方面,hUC-MSC/IL-12+miR-127组较hUC-MSC/NC组增强[创伤率:(1.33±0.71)vs.(22.53±1.72),P<0.01]。在卵巢癌类器官增殖方面,hUC-MSC/IL-12+miR-127组较hUCMSC/NC组减弱[细胞存活率:(1.01±0.05)vs.(0.33±0.10),P<0.01],hUC-MSC/IL-12+miR-127组较hUC-MSC/IL-12组减弱[细胞存活率:0.53±0.11)vs.(0.33±0.10),P<0.05]。结论hUC-MSCs具有明显的靶向归巢作用,可作为肿瘤靶向治疗的理想载体。慢病毒携带IL-12基因及miR-127基因转染hUC-MSCs对卵巢癌具有更为持久、稳定抗肿瘤作用。

摘要：2023年12月19日,杭州百诚医药科技股份有限公司(以下简称“百诚医药”)创新研发中心项目奠基仪式在杭州市举行,标志着百诚医药迈入了新的发展阶段。公司董事长楼金芳表示,在创新研发过程中,公司将加大投入AI药物发现模型设计,加速类器官、生物芯片研发、强化质谱应用技术开发,开拓创新研发新模式,建立更高维度的新药研发中心。

摘要：目的选用结直肠癌临床常用药物奥沙利铂,探究不同处理因素对结直肠癌类器官药物敏感性测试结果的影响,为肿瘤患者个体化精准治疗方案的筛选提供测试条件参考。方法采用不同细胞密度、给药前不同细胞培养时间、不同药物作用时间对2例结直肠癌类器官CRC51、CRC67进行处理,设计100、10、1、0.1、0.01μmol/L 5个剂量的奥沙利铂对2例结直肠癌类器官进行作用,CCK-8检测细胞增殖活力,根据细胞存活率(T/C)比较分析不同处理因素对结直肠癌类器官药物敏感性测试结果的影响。结果①在细胞密度的选择上,每孔接种8000个和4000个细胞时,100μmol/L的奥沙利铂均对类器官CRC51、CRC67的生长产生显著的抑制作用,两者的抑制作用差异无统计学意义。而每孔接种2000个细胞时,100μmol/L的奥沙利铂对类器官CRC51、CRC67的生长抑制作用均显著变弱(与每孔接种8000个和4000个细胞相比,P50%。③在药物作用时间的选择上,100μmol/L的奥沙利铂对类器官CRC51、CRC67作用7 d比作用3 d获得更加显著的生长抑制作用(P<0.05)。结论不同细胞密度、给药前不同细胞培养时间、不同药物作用时间对结直肠癌类器官药物敏感性测试结果均会产生影响。选择的实验条件不同,可能会得出相反的药效评价结果。

摘要：一项刊登在国际杂志Biomaterials上的研究报告中，新加坡的科学家们通过研究，设计出了一种新方法促进生长PDX肝癌细胞并用于药物筛选和检测。这种方法主要包括在由植物性多孔水凝胶制造的合成型3一D支架上生长细胞，随后研究人员利用优化的生化和机械特性对海绵支架进行工程化设计，来帮助肝癌细胞维持合适的形状和功能，并使其生长的像类器官一样。

摘要：肿瘤微环境的组分构成复杂,在肿瘤演进中发挥重要调节作用。细胞外基质(extracellular matrix,EMC)是肿瘤微环境中调控癌症进展的重要介质,将ECM加入肿瘤模型构建中,可以更完整地在体外模拟肿瘤微环境。作为类器官生长的介质,基质胶起到ECM的功能。常见的此类ECM来自小鼠肉瘤重组基底膜自然衍生的基质胶;因为基质胶存在批次间差异,影响实验的可重复性。为了克服此类问题,研究者们设计了合成基质胶。本文将根据目前肿瘤类器官培养过程中基质胶的研究和应用进展进行概述,为类器官培养、培养细节的不断优化提供参考,让肿瘤类器官的培养实现更高效和低成本,有助于更好地推动肿瘤研究的基础和临床转化,为癌症治疗和预防提供更有效的策略。