活细胞扫描分析仪MCS31在类器官研究中的应用
2025-01-08
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类器官介绍
类器官(Organoids)指利用成体干细胞或多能干细胞进行体外三维(3D)培养而形成的具有一定空间结构的组织类似物。尽管,类器官并不是真正意义上的人体器官,但能在结构和功能上模拟真实器官,能够最大程度地模拟体内组织结构和功能,并能够长期稳定传代培养(因此也被称为“微型器官”)。相比传统的二维培养模型,类器官代表着一种能够概括整个生物体生理过程的创新技术,具有更接近生理细胞组成和行为、更稳定的基因组、更适合于生物转染和高通量筛选等优势。而与动物模型相比,类器官模型的操作更简单,还能用于研究疾病发生和发展等机理。因而在器官发育、精准医疗、再生医学、药物筛选、基因编辑、疾病建模等领域都有广泛的应用前景。2013年,类器官被《科学》杂志评为年度十大技术。
类器官构建方法
(1)从原代组织产生
类器官可以从原代组织中产生,把原生组织切成小块,再进一步分解消化成单个细胞, 并进行流式细胞分选以富集干细胞。类器官向所需的胚系进行定向分化,聚集产生浮动的球状体,随后被嵌入细胞外基质开始类器官培养。
(2)3D生物打印
生物3D打印技术可以实现细胞和生物材料的精准空间排列,易于快速构建大尺寸(厘米级)含细胞外基质的仿生组织结构。
(3)器官芯片
微流控芯片上的人体微生理系统,由可控的微型化生理环境组成(微生理系统,Microphysiological systems, MPS),包含一个或多个组织特定功能的单元。其目的是在体外更准确地复制人体生理学,在给药后快速获得转化相关性数据,用于评估人体给药效果。
活细胞扫描分析仪在类器官研究中的应用
发育机制研究
- 实时观测发育过程:类器官的形成是细胞增殖、分化和自组织的复杂过程,活细胞成像仪可实时观察这一过程,如在脑类器官培养中,能记录其不同时间点的生长和折叠情况。
- 研究细胞命运决定:通过对类器官中细胞的长期动态观察,追踪细胞的分裂、分化轨迹,了解细胞在发育过程中如何决定其命运,分化为不同的细胞类型。
疾病模型研究
- 模拟致病过程:可以构建各种疾病的类器官模型,如肿瘤、神经退行性疾病等,利用活细胞成像仪实时观察疾病发生发展过程中细胞的异常行为,如癌细胞的侵袭和转移、神经元的退行性变化等。
- 药物筛选和评价:在药物筛选过程中,活细胞成像仪可实时观察药物对类器官细胞的作用效果,如细胞的增殖、凋亡情况等,快速筛选出具有潜在治疗效果的药物,并评估药物的毒性和安全性。
细胞间相互作用研究
- 研究细胞通讯:类器官内细胞间存在着复杂的相互作用和通讯,活细胞成像仪结合荧光标记等技术,可观察细胞间信号分子的传递、细胞间的直接接触等,了解细胞间通讯的机制和动态过程。
- 研究免疫细胞与类器官的相互作用:在免疫相关疾病的研究中,可观察免疫细胞如T细胞、B细胞等与类器官细胞的相互作用,包括免疫细胞的识别、攻击和免疫调节等过程。
再生医学研究
- 评估再生效果:在利用类器官进行再生医学研究时,活细胞成像仪可实时观察类器官与宿主组织的融合、整合过程,以及类器官在体内的存活、生长和功能恢复情况,评估再生治疗的效果。