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常见的类器官培养实例之脑类器官

更新时间:2023-09-26 13:56:13       点击次数:682

人类大脑的高度复杂性使得许多关于脑疾病的研究很难在生物模型中进行,因此急需建立起一种人脑发育的体外模型。


目前已有一种可以生成三维脑组织,即所谓的脑类器官的方法,它能够很好地模拟脑器官的内源性发育过程。利用这种方法,我们使用患者特异性的诱导多能干细胞(iPSC)培育出了头小畸型的人类三维类器官,为研究该疾病的发生机制奠定了基础。过去通常使用小鼠模型来研究头小畸形,但由于小鼠与人体之间差异较大,导致这项研究失败。制备人类头小畸型类器官的具体方法是先将患者的皮肤成纤维细胞重编程为诱导多能干细胞,然后在添加了碱性成纤维细胞生长因子 (FGF-basic)、CHIR 99021和MEK抑制剂的培养基中培养21天。快速增长的克隆被挑选出来并传代于经灭活处理的CF-1小鼠胚胎成纤维细胞上生长。随后,单个细胞被接种在添加了低浓度的FGF-basic和高浓度的ROCK抑制剂的培养基中培养,形成神经上皮组织后转移到Matrigel胶滴中,经过一段时间的静态生长,将这些组织胶滴转移到旋转生物反应器中,并加入含有维甲酸的分化培养基进行培养。通过分析这些患者的类器官,研究人员发现了过早的神经元分化,这可能是导致疾病表型的原因。


iPSC来源的类器官神经培养技术也被应用于研究重症特发性自闭症谱系障碍(ASD)患者的神经发育变化。

首先,使用预处理的未分化iPSCs克隆获得类胚体(EB),然后用Accutase酶将其转化为单个细胞,并在添加了Y27632和重组小鼠Noggin的培养基中培养,以诱导前脑的形成。接下来,收集自由悬浮的EBs并将其铺板于包含Matrigel的组织培养皿中,以形成神经花环。在添加了Noggin的神经元培养基中继续培养,第二天更换培养基并添加FGF2、Noggin和人Dkk1。几天后,手动分离神经花环,并将自由悬浮的细胞团块铺平于玻璃培养皿中。接着,加入含有FGF2和EGF的神经元培养基继续培养。经过悬浮培养五天后,将自由漂浮的细胞团块以单个团块的形式铺平于具有超低附着力的96孔板中,并在含有BDNF和GDNF的培养基中完成最终分化。


B细胞滤泡类器官

初始(Naïve)B细胞受到抗原刺激后,在淋巴结或脾脏中会形成细胞聚集区,被称为生发中心。在生发中心中,B细胞会进行增殖和突变,以产生高亲和力的抗体,并进行克隆扩增。迄今为止,使用二维细胞培养的方法很难在体外重现这一过程。


因此,我们采用了一种新的方法,使用明胶和硅酸盐纳米颗粒的混合物来模拟体内淋巴器官的微环境。我们从脾脏获取初始B细胞,并与表达CD40L和B细胞活化因子的转基因基质细胞一起在硅酸盐纳米颗粒加固的水凝胶支架中进行共同培养,培养基中含有小鼠的IL-4。与传统的二维培养相比,这种方法可以更快地使B细胞成熟,并发生类别转换。


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