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HUB類器官開發中的關鍵發現

2020-03-01

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了解導致HUB類器官開發的關鍵研究發現。

HUB類器官開發中的關鍵發現

如今,成體干細胞來源的HUB類器官是數十年大規模研究的成果,涵蓋了干細胞培養的一系列歷史性研究關鍵發現。

早期關鍵發現:干細胞培養物用于發育生物學研究

最初的離體干細胞擴增研究重點是建立長期干細胞培養物以模擬人體發育。這些努力可以追溯到20世紀70年代末和80年代初,當時成人角質細胞胚胎多能細胞與成纖維飼養細胞層進行了共培養。這些為不確定的干細胞巢因子提供了細胞來源,盡管當時仍是未知。

盡管做出了這些努力,在飼養細胞存在的情況下生長的干細胞很快表現出遺傳學不穩定性,并喪失了全部分化潛能。這意味著體外分化可能會受到一定程度的限制并且不可預測。作為預防步驟,將培養的(推定的)干細胞移植到小鼠中,查看它們是否仍然具有定義以下特征的干細胞:1)自我更新能力和2)分化成多個譜系。

隨后的關鍵發現:增強對干細胞巢的了解以及干細胞自我更新和分化的調控

隨后的兩項發現導致優化了從人體多潛能性器官特異性成體干細胞(ASC)(現在稱為“ HUB類器官”)建立類器官的方案。

Clevers實驗室發布的第一個里程碑是發現Lgr5作為鑒別腸道成體干細胞的生物標志物。這一發現首次使ASC的表征、純化和體外擴增成為可能。

這些ASC增殖并可以長期培養維持的觀察結果導致使用分離的Lgr5+干細胞作為類器官培養的推定細胞來源。這項開創性工作導致開發出首個腸道“微型器官”(特別是隱窩-絨毛類器官)。

第二個主要發現是加深對干細胞巢以及調節干細胞自我更新和分化的因素的理解。這個關鍵方面意味著不再需要飼養細胞。反而,干細胞培養環境僅補充了器官特定的生長因子混合物。

Clevers研究小組證明,在沒有間充質細胞巢的情況下,可以由單個干細胞產生自組織的近天然腸上皮結構,從而打破了傳統觀念。

HUB類器官培養

HUB類器官培養基于Clevers實驗室和HUB優化的改進方案。這包括多年來對類器官培養基的優化。改良培養基可以在沒有間充質細胞巢的情況下從上皮ASC生成類器官培養物,包括

  • 干細胞巢因子:上皮生長因子(EGF)、Noggin和R-spondins,研究發現顯示

  • 一種rho激酶(ROCK)抑制劑,研究工作顯示,將其添加到原代培養物中成功抑制了先前在純化的結腸上皮細胞中觀察到的失巢凋亡(一種發生在貼壁依賴性細胞中的細胞死亡形式)。

  • 最后,在Matrigel中包埋純化的ASC提供了細胞外基質(ECM)的關鍵離體替代物。在飼養層培養物的之前經驗顯示飼養細胞(即成纖維細胞)產生ECM來支持干細胞生長后才選擇此方法。組織培養塑料器具與ECM蛋白(例如膠原蛋白或層粘連蛋白)的預孵育進一步增強了干細胞的克隆形成能力。同樣,基于ECM的水凝膠(例如Matrigel?)可以促進3D聚集和(干)細胞極化。

使用這些方法,HUB類器官現在來源于上皮組織范圍。

HUB類器官發現——接下來是什么?

近期的發現使類器官培養物可用于評估免疫療法。

盡管HUB類器官確實忠實地體現了人類上皮器官的形態發生和發病機理,但它們缺乏復雜體內有機體中發現的器官之間的聯系。具體而言,對于癌癥等疾病,腫瘤本身與免疫系統之間的合作對于疾病建立和進展至關重要。因此,需要癌細胞和免疫細胞來有效地評估免疫療法。

新研究顯示,腫瘤類器官可以與自體激活的T細胞共培養。自體腫瘤類器官和外周血淋巴細胞的共培養被用于從錯配修復缺陷型結直腸癌和非小細胞肺癌患者的外周血中富集腫瘤反應性T細胞。然后將這些T細胞用于評估殺死匹配的腫瘤類器官的效率。

結論

類器官培養物是多項歷史研究發現的結果,包括早期研究顯示干細胞可以在體外培養,隨后的研究則進一步改善了我們對干細胞巢以及干細胞自我更新和分化調控的理解。

如今,HUB類器官優化方案已廣泛用于生成可以在體外長期維持的穩健且可重現的類器官培養物。

Topics: Oncology

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