一、類器官�(jiǎn)�
類器官是一類基于干�(xì)胞在體外�(jìn)�3D培養(yǎng)而形成的具有一定組織結(jié)�(gòu)和功能的微型組織或器官類似物。類器官擁有與來源組織器官高度相似的組織�(xué)特征,并能一定程度上擁有該組織器官相似的生理功能�
隨著 3D �(xì)胞培�(yǎng)技�(shù)的興�,以3D�(xì)胞培�(yǎng)技�(shù)為基�(chǔ)的類器官培養(yǎng)技�(shù)開始成為研究熱點(diǎn)。根�(jù)新思界�(chǎn)�(yè)研究中心�(fā)布的�2021-2025年全球類器官行業(yè)深度市場(chǎng)�(diào)研及重點(diǎn)區(qū)域研究報(bào)告》顯示,2020�,全球類器官市場(chǎng)�(guī)模在5億美元左右,隨著�(yī)療技�(shù)�(jìn)�,類器官市場(chǎng)�(guī)模將�(jìn)一步擴(kuò)�,預(yù)�(jì)2021-2026�,全球類器官市場(chǎng)�(guī)模將保持�18.2%的年均復(fù)合增長率增長。在國家多項(xiàng)政策的支持下,類器官的發(fā)展也�(jìn)入了“快速通道”�
�1類器官相�(guān)的支持性政�
�2 國內(nèi)施行的類器官相關(guān)�(tuán)體標(biāo)�(zhǔn)
DROST�(tuán)�(duì)[1]曾將2D�(xì)胞和類器官模型�(jìn)行了�(duì)�,發(fā)�(xiàn)類器官不僅能高度模擬體內(nèi)�(xì)胞生長環(huán)�,保持細(xì)胞生長的空間�(jié)�(gòu),而且能更好地代表來源組織器官的生理功能和生物�(xué)特性。目�,類器官已成功應(yīng)用于病原微生物致病模型構(gòu)�[2]、腫瘤研�[3]、臨床藥物篩�[4]、藥物研�(fā)等多�(gè)�(lǐng)�[5],此�,新興的單細(xì)胞測(cè)序技�(shù)[6]、CRISPR-Cas9 基因編輯技�(shù)更是為類器官研究提供了�(jìn)一步發(fā)展的空間[4]�
但類器官培養(yǎng)并不如普� 2D �(xì)胞培�(yǎng)�(jiǎn)�,其�(gòu)建成功率不僅與組織來源種類、來源組織質(zhì)�、細(xì)胞生長階段等多種因素有關(guān),還�(huì)遇到培養(yǎng)基成分復(fù)雜培�(yǎng)條件較難�(yōu)化的挑戰(zhàn)。隨著近年來各領(lǐng)�?qū)︻惼鞴倥囵B(yǎng)的重視,多種組織器官來源的類器官模型均有�(bào)�,但仍有某些類器官建模成功率�、培�(yǎng)條件不夠�(wěn)定等問題存在,特別是在低分化腫瘤組織來源的類器官培養(yǎng)中,其成功率明顯低于高分化腫瘤來源組織或正常組織,因此對(duì)已有類器官培�(yǎng)基相�(guān)成分�(jìn)行了解和剖析就顯得尤為重�,本文將重點(diǎn)�(duì)在類器官培養(yǎng)基中起到部分�(guān)鍵調(diào)�,如同培�(yǎng)類器官的“沃土”中的“肥料”——�(xì)胞因子�(jìn)行介��
�、類器官培養(yǎng)�“肥料”——�(xì)胞因�
成功建立類器官的�(guān)鍵,除了所需的生物材料基�(zhì)�,生長因子作為細(xì)胞培�(yǎng)、增殖及分化所必需的物�(zhì)也必�(dāng)�(yōu)先考慮,從而保證類器官中的干細(xì)胞長期生存的能力。通過�(yōu)化培�(yǎng)物生長條件模擬生理組織自我更新或損傷修復(fù)過程中的干細(xì)胞巢�(huán)�,如提供基底膜基�(zhì)(即Matrigengel)并添加一系列激�(dòng)�(如Wnt和酪氨酸激酶受�)和抑制劑(如骨形態(tài)�(fā)生蛋�/�(zhuǎn)化生長因�-β)可達(dá)到上述目�。不同的生長因子組合也能誘導(dǎo)多能干細(xì)胞向不同的類器官�(xì)胞分化�(jìn)而獲得我們需要的類器官類�(�1),同�(shí)不同的細(xì)胞因子也是培�(yǎng)不同種類的類器官的關(guān)鍵物�(zhì)(�2)�
�1:生物化�(xué)型號(hào)誘導(dǎo)類器官形�[7]
�2不同來源和類型的類器官對(duì)生長因子偏好�[8]�
生長因子的添加配方仍在不斷改�(jìn),以�(jìn)一步提高類器官體外存活�。下面將�(duì)部分生長因子�(jìn)行逐一介紹�
1. 表皮生長因子(epidermalgrowth factor,EGF):
表皮�(xì)胞生長因子是人體�(nèi)一種重要的�(xì)胞因�,其功能主要是促�(jìn)皮膚�(xì)胞的分裂,同�(shí)表皮�(xì)胞生長因子也可以促�(jìn)�(xì)胞的增殖。在輸卵管的類器官培�(yǎng)中,表皮�(xì)胞生長因子可以促�(jìn)�(xì)胞增殖和分化[9]。此�,在小腸類器官培�(yǎng)�,表皮細(xì)胞生長因子可以促�(jìn)腸道的生�,表皮細(xì)胞生長因子信�(hào)通路在腸類器官生長中�(fā)揮重要作�[10]。此外,表皮�(xì)胞生長因子對(duì)膠質(zhì)瘤干�(xì)胞具有促�(jìn)增殖的作�[11]�
2. 成纖維細(xì)胞生長因子(fibroblast growth factor,F(xiàn)GF):
成纖維細(xì)胞生長因子廣泛分布于體內(nèi)多種組織器官,是一種對(duì)�(xì)胞生�、增殖以及分化具有調(diào)控作用的生長因子,其家族目前�(fā)�(xiàn)23�(gè)成員。成纖維�(xì)胞生長因子通過�(duì)多種信號(hào)通路�(fā)揮作用從而調(diào)控體�(nèi)�(xì)胞的生長。有研究表明,成纖維�(xì)胞生長因子通過抑制骨形�(tài)�(fā)生蛋白信�(hào)以及提高 Wnt 信號(hào)傳導(dǎo)從而在類器官培�(yǎng)中發(fā)揮作�[12]。而且,Sox10 可以�(biāo)記乳腺類器官培養(yǎng)的干�(xì)胞群,成纖維�(xì)胞生長因子信�(hào)可以�(diào)節(jié)不同 Sox 家族�(zhuǎn)錄因子在體內(nèi)的表�(dá)以及功能[13]。在類器官培�(yǎng)中最常見的家族成員為成纖維細(xì)胞生長因�2(bFGF)、成纖維�(xì)胞生長因�7(KGF)以及成纖維細(xì)胞生長因�10。成纖維�(xì)胞生長因�2 可以促�(jìn)類器官的形態(tài)�(fā)�,維持胚胎干�(xì)胞的干性,也可以與胰島素樣生長因子 1 �(jié)合增�(qiáng)人腸干細(xì)胞的集落形成能力,促�(jìn)神經(jīng)干細(xì)胞的增殖、分�[14]。由此看出,成纖維細(xì)胞生長因子家族對(duì)于機(jī)體內(nèi)多種�(xì)胞生�、增殖、分化具有重要的�(diào)控作�,因此也成為體外類器官培�(yǎng)中較常見的細(xì)胞因子之一�
3. 血管內(nèi)皮生長因�( vascular endothelial growth factor,VEGF)�
血管內(nèi)皮生長因子是一�(gè)家族,包括血管內(nèi)皮生長因� A、血管內(nèi)皮生長因� B、血管內(nèi)皮生長因� C 等多�(gè)家族成員,其主要作用為促�(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞的生長。通常所提到的血管內(nèi)皮生長因子指的是血管內(nèi)皮生長因� A,也是在類器官培�(yǎng)中比較常用的血管內(nèi)皮生長因�,其在血管生成和�(nèi)皮細(xì)胞生長中�(fā)揮作�。但在類器官培養(yǎng)�,其功能不再僅僅局限于血管生成等作用。研究發(fā)�(xiàn),血管內(nèi)皮生長因� A 在腎臟類器官培養(yǎng)中可以促�(jìn)小鼠后腎間充�(zhì)�(xì)胞的增殖,而對(duì)于細(xì)胞的遷移沒有影響[15]。在心臟類器官研究中,血管內(nèi)皮生長因子信�(hào)通路通過促�(jìn)Cx43 表達(dá),以此增�(qiáng)心臟功能[16]。在腦類器官研究中發(fā)�(xiàn),血管內(nèi)皮生長因� A 可以促�(jìn)血管生�、神�(jīng)分化[17]。由此看�,血管內(nèi)皮生長因子促�(jìn)類器官擴(kuò)�、維持內(nèi)�(huán)境平衡發(fā)揮重要作��
三、植物源�(xì)胞因�
類器官行�(yè)在國�(nèi)的發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)�,但是仍有一些問題和阻礙亟待解決,首�(dāng)其沖的就是上游耗材受到限制。細(xì)胞因子作為類器官培養(yǎng)的重要調(diào)控者,是類器官培養(yǎng)�,類器官3D打印墨水等新型產(chǎn)品的重要組成部分。因�類器官的培養(yǎng)研究,到后期的批量化�(kuò)大化的量�(chǎn)�(duì)相關(guān)耗材的產(chǎn)量與批間�(wěn)定性都提出了很高的要求�目前,類器官�(chǎn)品的耗材(如基�(zhì)膠、維持類器官生態(tài)和分化所需的生長因�、細(xì)胞培�(yǎng)板等)大都處于�(jìn)口壟斷的狀�(tài)。企�(yè)若能�(shí)�(xiàn)耗材的�(jìn)口替�,成本有望大幅下�。而禾元生物正是將打破上游供應(yīng)的國外壟斷為己任,通過利用全球首創(chuàng)的水稻胚乳細(xì)胞生物反�(yīng)器高效重組蛋白表�(dá)平臺(tái),實(shí)�(xiàn)�(guī)?�?、批間穩(wěn)定性好的產(chǎn)品為類器官研究提供全方位的蛋白原料解決方�,助力中國類器官�(chǎn)�(yè)�(fā)展走到世界最前列!
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