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人肝類器官培養(yǎng)
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科匯華晟

時間 : 2024-10-19 10:15 瀏覽量 : 166

人肝類器官培養(yǎng)是一項復雜的生物技術,涉及多個步驟和關鍵要素。以下是對人肝類器官培養(yǎng)的詳細介紹:


一、定義與原理

人肝類器官培養(yǎng)是指利用多能干細胞(如人類胚胎干細胞或誘導多能干細胞)或病人身上提取的腫瘤組織,在特定的3D體外微環(huán)境下自組織發(fā)育而來的、高度模擬體內真實肝臟特征的小型化體外器官模型。這一技術可以模擬肝臟的生理和病理狀態(tài),為研究肝臟疾病、藥物篩選以及個性化醫(yī)療提供有力工具。


二、培養(yǎng)步驟

人肝類器官的培養(yǎng)通常包括以下關鍵步驟:


1.多能干細胞的培養(yǎng)與分化:

在包被明膠的培養(yǎng)皿上加入裂霉素處理過的小鼠胚胎成纖維細胞(MEFs)的細胞懸浮液,促進多能干細胞(如iPSC)增殖并抑制其分化。

將傳代后的iPSC接種于明膠上并加入iPSC培養(yǎng)基,培養(yǎng)3~5天。

2.iPSC向內胚層分化:

在包被基質膠的培養(yǎng)皿中加入基礎培養(yǎng)基,加入細胞消化液后離心并收集沉淀細胞。

將收集的iPSC接種到包被基質膠的平板上過夜培養(yǎng)。

用DEs培養(yǎng)基換液并繼續(xù)培養(yǎng)6天。

3.肝內胚層分化:

用HEs培養(yǎng)基換液并培養(yǎng)3天。

用HEs(II)培養(yǎng)基換液并在低氧條件下培養(yǎng)4天。

轉移至常氧條件下繼續(xù)培養(yǎng)8天。

4.肝類器官培養(yǎng)與擴增分化:


在培養(yǎng)9~12天后,成熟的肝細胞會形成囊泡狀結構。

加入基質膠并添加HM培養(yǎng)基,定期更換培養(yǎng)基培養(yǎng)。

用EM培養(yǎng)基替換HM培養(yǎng)基,低氧條件下培養(yǎng)4天。

用DM培養(yǎng)基替換EM培養(yǎng)基,常氧條件下培養(yǎng)6天。


三、關鍵要素

細胞因子:細胞因子作為肝類器官培養(yǎng)的基本原料,參與細胞的定向分化與增殖。例如,BMP-4、EGF、FGF-basic、FGF-10、HGF、Noggin、Wnt-3a等細胞因子在人肝類器官培養(yǎng)中起到重要作用。

培養(yǎng)基:不同階段的肝類器官培養(yǎng)需要使用不同的培養(yǎng)基。例如,在iPSC培養(yǎng)和分化階段,需要使用iPSC培養(yǎng)基、DEs培養(yǎng)基、HEs培養(yǎng)基等;在肝類器官培養(yǎng)與擴增分化階段,則需要使用HM培養(yǎng)基、EM培養(yǎng)基和DM培養(yǎng)基等。

3D體外微環(huán)境:為了模擬體內真實肝臟的生理環(huán)境,需要在體外構建3D微環(huán)境。這通常包括使用基質膠(如Matrigel)作為細胞外基質,以及提供適當的氧氣和營養(yǎng)條件。


四、應用與挑戰(zhàn)

1.應用:

肝臟疾病研究:人肝類器官可以更準確地模擬人體肝臟的生理和病理狀態(tài),為研究肝臟疾病的發(fā)病機制和治療方法提供有力工具。

藥物篩選:利用人肝類器官進行藥物篩選,可以更準確地評估藥物對肝臟的影響,加速新藥研發(fā)進程。

個性化醫(yī)療:通過利用患者自身的細胞進行肝類器官培養(yǎng),可以為患者提供個性化的醫(yī)療方案,提高治療效果。

2.挑戰(zhàn):

技術難度:人肝類器官的培養(yǎng)涉及多個復雜的生物學過程,需要精確控制培養(yǎng)條件和生長因子,技術難度較大。

成本高昂:人肝類器官的培養(yǎng)需要昂貴的培養(yǎng)基、生長因子和實驗設備,導致成本較高。

規(guī)?;a:目前,人肝類器官的培養(yǎng)仍難以實現規(guī)?;a,限制了其在臨床和藥物篩選領域的應用。


五、未來展望

隨著生物技術的不斷發(fā)展,人肝類器官培養(yǎng)技術將不斷完善和成熟。未來,我們可以期待以下方面的進展:


1.技術優(yōu)化:通過優(yōu)化培養(yǎng)條件、生長因子和實驗方法,提高人肝類器官的培養(yǎng)效率和成功率。

2.降低成本:通過開發(fā)新型培養(yǎng)基和生長因子,以及優(yōu)化實驗流程,降低人肝類器官的培養(yǎng)成本。

3.規(guī)?;a:通過改進培養(yǎng)方法和實驗設備,實現人肝類器官的規(guī)?;a,滿足臨床和藥物篩選領域的需求。

4.拓展應用領域:將人肝類器官應用于更多疾病的研究和治療中,如肝炎、肝硬化、肝癌等。


總結

人肝類器官培養(yǎng)是一項具有廣闊前景的生物技術。隨著技術的不斷進步和完善,它將在肝臟疾病研究、藥物篩選以及個性化醫(yī)療等領域發(fā)揮越來越重要的作用。


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