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類器官（organoid）作為近年來生命科學(xué)研究的重要技術(shù)突破之一，在實(shí)現(xiàn)多能干細(xì)胞（pluripotent stem cell，PSC）或成體干細(xì)胞（adult stem cell，ASC）在體外分化出具有特定功能的細(xì)胞類型的同時(shí)，也能夠建立三維（three-dimensional，3D）空間組織，從而重現(xiàn)體內(nèi)器官的結(jié)構(gòu)與功能。

在現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)研究中，“類器官”作為一種關(guān)鍵工具，正在與多種前沿技術(shù)聯(lián)用，在疾病研究、藥物開發(fā)以及再生醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

1、多組學(xué)技術(shù)

類器官常與單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組、空間轉(zhuǎn)錄組、外顯子組、轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)組、代謝組等分子檢測技術(shù)聯(lián)合使用，以深入剖析分子機(jī)制，加速研究進(jìn)展。

2023年，丹麥哥本哈根大學(xué)Kim B. Jensen和Albin Sandelin團(tuán)隊(duì)在Science子刊《Science Advances》上發(fā)表題為“Transcriptional and epigenomic profiling identifies YAP signaling as a key regulator of intestinal epithelium maturation”的研究論文，該研究基于類器官培養(yǎng)物來研究上皮成熟細(xì)胞內(nèi)在分子調(diào)控因子，通過WGBS、ATAC-seq、RNA-seq、Hi-C等轉(zhuǎn)錄組和表觀基因組多組學(xué)分析將YAP信號傳導(dǎo)鑒定為腸上皮成熟的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子。

2、基因編輯技術(shù)

類器官與基因編輯如CRISPR-Cas技術(shù)結(jié)合，可以精準(zhǔn)研究單一基因突變對腫瘤細(xì)胞的影響，建立起基因型和表型的關(guān)聯(lián)性。

近日，由類器官領(lǐng)域先驅(qū)Hans Clevers及馬克西馬公主兒科腫瘤學(xué)中心、Hubrecht研究所共同組成的科研團(tuán)隊(duì)，首次利用人類胎兒大腦組織成功衍生出在體外自組織生成的大腦類器官（FeBO）。相關(guān)研究成果在頂級學(xué)術(shù)刊物《Cell》（影響因子=64.5）發(fā)表。在研究過程中，科學(xué)家們使用CRISPR-Cas9技術(shù)關(guān)閉了與腦膠質(zhì)母細(xì)胞瘤（Glioblastoma）相關(guān)的三個基因：TP53、PTEN和NF1，經(jīng)由基因突變的類器官觀察它們對現(xiàn)有腫瘤藥物的反應(yīng)，其研究成果有望為腦腫瘤患者精準(zhǔn)用藥和個體化治療提供新方案。

3、時(shí)空組學(xué)技術(shù)

類器官與時(shí)空組學(xué)聯(lián)用，能夠從時(shí)空維度精確、穩(wěn)定、快速表征類器官，有望改變當(dāng)前藥物研發(fā)的模式，創(chuàng)造出AI+制藥的新路徑。

近日，深圳華大生命科學(xué)研究院、清華大學(xué)深圳國際研究生院，及深圳市西格諾生物科技有限公司開展合作研究，在國際知名學(xué)術(shù)期刊PNAS上發(fā)表了最新研究成果。

成果開發(fā)了一種類器官的新型表征方式，以機(jī)械壓片為前處理方案，利用華大自主研發(fā)的“超廣角百億像素生命照相機(jī)”——時(shí)空組學(xué)技術(shù)Stereo-seq，成功構(gòu)建了全球首個類器官-時(shí)空聯(lián)用技術(shù)（LOSRT），從時(shí)間和空間等維度精確、穩(wěn)定、快速表征類器官，揭示了細(xì)胞間的相互作用和通訊模式，為類器官研究提供了重要的定量指標(biāo)。

4、3D生物打印技術(shù)

與新型生物材料結(jié)合，可以制備具有多層次復(fù)雜結(jié)構(gòu)和大尺度的功能類器官，用來指導(dǎo)快速治療選擇。

2023年，科學(xué)家提出了一種新的高通量藥物篩選方法，該方法結(jié)合了3D生物打印技術(shù)和高速活細(xì)胞干涉測量（HSLCI）技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)對單個類器官的藥物反應(yīng)進(jìn)行無標(biāo)記、時(shí)間分辨的成像和機(jī)器學(xué)習(xí)基礎(chǔ)的定量分析。這種方法能夠生成具有未改變的腫瘤組織學(xué)和基因表達(dá)譜的3D結(jié)構(gòu)，并通過對單個類器官的精確、無標(biāo)記的并行質(zhì)量測量，來識別對特定療法敏感或抵抗的類器官。

5、器官芯片技術(shù)

類器官技術(shù)與器官芯片技術(shù)結(jié)合，拓展了類器官的應(yīng)用邊界，有助于實(shí)時(shí)跟蹤類器官形態(tài)的發(fā)生發(fā)展，并進(jìn)行高通量藥物篩選與評估。

MIMETAS公司將其專利微流控平臺與HUB Organoids公司基于成體干細(xì)胞的類器官構(gòu)建技術(shù)相結(jié)合，推出“即用型”結(jié)腸和腎臟類器官芯片，作為其OrganoReady^®系列產(chǎn)品的一部分，用于藥物毒理學(xué)和藥物引起器官損傷等方面的中高通量研究。

根據(jù)Research Dive咨詢公司預(yù)測，全球器官芯片市場規(guī)模逐年增長，在2028年將增長至近7億美元。

目前，類器官領(lǐng)域正處于技術(shù)爆發(fā)和科研成果井噴的階段，發(fā)展進(jìn)入快車道。類器官與多技術(shù)的聯(lián)用，可以加速技術(shù)突破，進(jìn)而加快在器官發(fā)生、疾病模擬、藥物篩選、精準(zhǔn)醫(yī)療等多個領(lǐng)域的應(yīng)用成果轉(zhuǎn)化，服務(wù)健康產(chǎn)業(yè)。

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類器官制備工具推薦

Arcegel基質(zhì)膠——提供細(xì)胞2D&3D培養(yǎng)支撐

Arcegel基質(zhì)膠是一種可溶性基底膜制備物基質(zhì)，從富含胞外基質(zhì)蛋白EHS小鼠腫瘤中提取，由層粘連蛋白、IV型膠原蛋白、巢蛋白和硫酸肝素蛋白聚糖組成，可形成細(xì)胞生長和細(xì)胞層的支架，影響細(xì)胞粘附、遷移、增殖和分化等多種生物學(xué)過程。

Arcegel基質(zhì)膠包含標(biāo)準(zhǔn)型、低因子、高濃度、iPSC培養(yǎng)、類器官培養(yǎng)的不同版本，具備以下特點(diǎn)：

3D Cultr類器官培養(yǎng)基——簡化、標(biāo)準(zhǔn)化類器官培養(yǎng)

類器官培養(yǎng)基的標(biāo)準(zhǔn)化是實(shí)現(xiàn)其在基礎(chǔ)研究、藥物篩選和臨床應(yīng)用中廣泛使用的關(guān)鍵。

3D Cultr類器官培養(yǎng)基根據(jù)不同類器官設(shè)計(jì)不同的培養(yǎng)基配方，并實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，可以大大提高實(shí)驗(yàn)的可重復(fù)性，減少批次間差異，有助于不同實(shí)驗(yàn)室之間結(jié)果的比較和驗(yàn)證。

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