类器官培养助力神器|让类器官茁壮成长

近年来，3D细胞培养技术成为研究热点，特别是基于其的类器官培养技术。类器官培养技术是通过3D细胞培养系统构建更接近真实组织器官的细胞模型。它利用干细胞在特定培养基和物质作用下，进行三维生长，形成具有特定结构和功能的类器官。类器官培养技术的优势在于模拟体内细胞生长环境和相互作用，真实反映生理状态和疾病过程。它有助于了解器官发育、功能及疾病机制，支持药物研发和疾病治疗。

成功的类器官培养关键在于选择合适培养基。不同类器官对培养基需求差异大，需根据实验目的和细胞类型选择。合适培养基提供营养物质、生长因子，模拟体内环境，促进类器官形成和维持。选择培养基时，需考虑细胞类型、生长速度、分化程度等因素，关注成分和配比。通过实验和优化，筛选出最佳培养基，提高成功率、效率，降低成本。

根据类器官的细胞类型组成确定培养基成分，将培养所需营养物质（无机盐、有机营养物、维生素、激素等）、生长因子等以精确的浓度配置到培养基中。

成分完全已知，不含水解物及动物来源成分，批次间一致、稳定。

采集和纯化培养过特定细胞的培养基，去除细胞取其上清液，直接用于其他细胞的培养或作为添加成分加入其他培养基的方法，可以充分利用细胞释放的生长因子和有益成分。依据特定培养需求和环境条件设计添加成分，为类器官提供最适宜的生长和发育环境。

更好的模拟与体内环境相似的化学成分和生理条件，能够促进类器官的生长、增殖、分化，但包含未定义的、分化诱导的成分；批次间存在差异；成本较低。

基础培养基是类器官培养的核心部分，不同来源的类器官培养所需的基础培养基存在差异。DMEM/F12是常用的基础培养基，含葡萄糖、非必需氨基酸等。降低血清含量后，它仍能保持细胞生长速率和形态稳定。在多数类器官培养中，如视网膜、胃、小肠、甲状腺等，都选择使用升级版DMEM/F12。但也有少数情况使用RMPI-1640（肺脏类器官）或DMEM（脑类器官）培养基。

B27是一种常用的培养基补充剂，能替代血清，用于培养神经祖细胞和干细胞，且在三维类器官培养中不引发分化。文献显示，B27缺乏会抑制PI3K/Akt/mToR和ERK1/2 MAP激酶信号通路的磷酸化，影响神经元活性、增殖、迁移和可塑性。同时，B27在低氧条件下可保护神经元，避免细胞死亡并抑制糖酵解，是神经元类器官培养的必需品。

氨基酸是类器官培养基本条件，其中L-谷氨酰胺、N-乙酰半胱氨酸和烟酰胺是常见添加物。L-谷氨酰胺是细胞培养中的非必需氨基酸，参与细胞生物合成和能量代谢。但不稳定，常用Glutamax替代。N-乙酰半胱氨酸是抗氧化剂和自由基清除剂，调控细胞增殖、分化和凋亡。烟酰胺是维生素B成员，参与细胞代谢、氧化反应和能量产生，对干细胞自我更新有重要作用，也可抑制细胞分化促进类器官扩增。

抗坏血酸，即维生素C，是常见的细胞培养基成分。它具有还原作用，能保护细胞免受氧自由基损伤。在细胞培养中，抗坏血酸能抑制细胞凋亡，促进人多能干细胞形成。

细胞因子在培养类器官的过程中可是个大功臣。给培养基加点细胞因子，就能助细胞分化和增殖一臂之力，还能促进类器官闪亮登场。比如说，EGF能催促肠上皮细胞赶紧壮大队伍，Noggin则让干细胞保持神秘未分化状态，同时助力干细胞增殖，R-spondin-1可是专攻肠干细胞增殖的高手。在多能干细胞（PSC）培养中，FGF2这位大咖帮忙搭建脑类器官模型。研究脊髓小脑共济失调疾病时，小脑类器官培养可离不开FGF2、FGF19、SDF1等细胞因子助力。

1、Gastrin I: 胃泌素是胃肠道一种非常重要的多肽类激素，主要由 G 细胞分泌。肠道及肝脏类器官培养时，需要添加胃泌素来延长类器官的存活时间。

2、A83-01: Activin/NODAL/TGF-beta 通路抑制剂，其抑制 ALK5，ALK4 和 ALK7等激酶。一般用于肝脏、前列腺以及乳腺类器官的培养。

3、Y-27632: 是Rho相关丝氨酸-苏氨酸蛋白激酶 (ROCK) 家族的小分子特异性抑制剂，可以阻止干细胞的凋亡，一般在种板培养的第一次加入，后续换液培养不必添加该小分子。

4、SB202190: 是一种高效的 p38 MAPK 抑制剂，靶向作用于 p38α/β。可用于胃肠道、乳腺类器官的培养。

5、Nicotinamide: 是一种B3维生素，是NAD 和 NADP的活性成分，在细胞生理学中发挥重要作用，可用于胃肠道、肝脏以及乳腺类器官的培养。

6、Forskolin: 可以激活腺苷环化酶，常用于提高细胞内 cAMP 的水平。Forskolin 诱导多种类型细胞的分化并激活孕烷X受体 (PXR) 和法尼醇X受体(FXR)，可对心脏产生正性肌力作用，并具有血小板抗凝集和降压作用。据报道，它与其他小分子联合使用，可诱导成纤维细胞重编程为诱导多能性干细胞，在肝脏类器官培养的时候必须要添加。

7、Prostaglandin E2: 前列腺素 E2，PGE2。PGE2调节许多生理系统，包括消化系统和免疫系统等。它与特异的受体结合后可介导细胞增殖、分化，在肝脏类器官和前列腺类器官培养时需要添加。

8、CHIR99021: CHIR99021是糖原合成酶激酶3β抑制剂，可诱导人胚胎干细胞向内胚层分化，在肾脏以及视网膜类器官培养时需要。

9、N-acetyl-L-Cysteine: N-乙酰半胱氨酸，它是一种 ROS 抑制剂，具有抗氧化作用，在大多数类器官的培养过程中需要添加。

激素对于部分类器官的培养十分重要，而针对于不同器官的类器官培养，其所需添加的激素并不相同。在小鼠甲状腺类器官培养中，促甲状腺激素可以促进多能干细胞分化为甲状腺细胞。在贲门类器官培养中，胃泌素通过CCK2R 促进小鼠贲门类器官的生长。在前列腺类器官培养中提及了双氢睾酮的使用。

HEPES缓冲液，即N-2-羟乙基哌嗪-N'-2-乙磺酸，常用于细胞培养，化学和酶学性质稳定，维持渗透压，提供缓冲能力，广泛应用于类器官培养。研究表明，N2补充剂与B27在类器官培养中有类似作用。视黄酸是维生素A的代谢产物，对细胞生长、分化和器官形成重要，在肾脏类器官培养中有应用。毛喉素作为腺苷酸环化酶的激活剂，在肝脏类器官培养中也有应用。

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