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        3D類器官助力基礎科學與藥學研究

        Tumor organotypic sphere (TOS)是一種利用干細胞體外培養 出的3D細胞培養物。由于與對應的人類器官擁有高度相似的組織學特征,并能重現該器官的生理功能。類器官作為人類 疾病臨床前模型,在疾病研究,腫瘤藥敏,藥物毒理,再生醫學等方面的應用,將顛覆傳統理念,為疾病研究、精準醫 療和新藥開發提供全新的解決方案。與傳統的單層細胞培養模型相比,類器官從形態、功能、基因表達、藥物作用等方 面與體內環境更加接近,藥物篩選結果也更貼近體內實驗結果。因此,采用類器官模型進行生理與病理學分子機理,藥 物作用機制等研究,其研究結果具有更佳的生物學意義與臨床代表性。

        目前,已建成的類器官包括腦、乳腺、肺、肝、胰腺、胃、腸、前列腺等(圖1) [1]。無論是正常臟器抑或是腫瘤,只要存在成體干細胞(或腫瘤干細胞),均有被培養成類器官的潛力。 其中,腫瘤及其相關的類器官已經被廣泛地被應用于腫瘤的發病與進展機制研究、個體化醫學與新藥研發中 [2]。正常類器官的應用領域主要集中在發育生物學、疾病的發生于發展、微生物-宿主相互作用、藥物的藥 效與毒理等[3-5]。隨著各種類器官模型的培養方法以及鑒定體系的成熟,以及基于類器官的實驗方法的 日漸豐富,類器官模型在科研中的地位也在不斷提高,現已成為最重要的體外模型之一。

        在生物學、基礎醫學和藥理學研究中,一個好的研究模型往往可以帶來更高生物學意義 ,也讓基礎研究與臨床研究更好地銜接。傳統的2D細胞培養,無論是細胞系培養還是原代細胞培養,都很難重現體內的 細胞組成與細胞間相互作用,這也導致2D細胞系得出的結果與動物或人體內真實發生的生物學過程有著較大差距。類器官模型由于其3D培養體系及干細胞來源的生物學特性,使得類器官中的細胞具有自發組織、增殖及分化的特點,進而形 成于體內更接近的組織結構形態(圖2),因此,無論是基因表達,代謝或者各項生化指標的檢測,以及藥物或其他處理 實驗,類器官往往可以比2D實驗得出更接近于體內真實狀態的結果[6]。創芯國際生物科技(廣州)有限公司目前已經可以培養23種腫瘤類器官,其中常見癌種如腸癌、肺癌、卵巢癌、腦膠質瘤等均能達到80%甚至90%的成功率,為腫瘤個體 化醫療、藥物開發和基礎研究提供了研究平臺。此外創芯還構建了基于動物的腸、肝、胰腺、肺、氣管等正常臟器的類 器官,為疾病研究、生物學機制研究、藥物藥效與毒理研究等多個研究領域提供可靠的3D研究平臺,助力體外基礎研究 向更佳的研究結果及更高的生物學意義邁進。

        參考文獻

        [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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