SCNA x DNA

深度聚焦类器官与3D培养论坛，OTC2024论坛合作详询：王晨 180 1628 8769类器官（Organoids）通常是指由来自健康个体或患者的多能干细胞（hPSCs）或成体干细胞（AdSCs）进行体外三维（3D）培养的微型结构，概括了人体器官的细胞异质性、结构和功能，但并不是真的人体器官。类器官可以通过与对应器官的类似的空间组织重现对应器官的部分功能，从而提供一个高度生理相关系统。近年来，在干细胞研究领域取得的关键进展之一就是类器官体系的发展。尽管类器官技术在研究界的广泛应用依然处于起步阶段，但其作为一种工具在诸多方面有着巨大的潜力，主要包括细胞生物学、再生机制、精准医疗、治疗筛选、基础生物学、疾病建模、疾病病理学以及发育生物学等。因此，类器官研究也将极大地改善人类健康！为了帮助广大医学科研工作者快速掌握和了解类器官研究领域的最新动态，今天就给大家盘点一下类器官研究领域近期发表的 7 篇高分文章，供大家阅读和学习，希望可以给相关研究领域学者带来新的研究思路！（对文章内容感兴趣的同学可以私信小编领取原文哦~）1. 基因毒性大肠杆菌在类器官和结直肠癌中诱导的基因突变2024 年 3 月 11 日，荷兰的研究团队在 Cancer Cell  期刊（IF = 50.3）发表了题为：Improved detection of colibactin-induced mutations by genotoxic E. coli in organoids and colorectal cancer 的研究论文，揭示了基因毒性大肠杆菌在类器官和结直肠癌中诱导的基因突变。图源：Cancer Cell 研究思路：本研究通过使用先前建立的人类类器官共培养系统和全基因组测序确定了一系列 pks+大肠杆菌菌株的突变后果，包括 EcN 以及 3 个结直肠癌来源的大肠杆菌菌株。研究人员采用 colibactin DNA 目标基序以及随机模型，以提高对单个 colibactin 诱导突变的检测。研究结果表明，包括 EcN 在内的所有大肠杆菌菌株，都表现出不同程度的致突变活性。另外，该研究结果还表明，患有大肠杆菌引起的突变的患者是在更年轻的年龄被诊断出来的，并且 colibactin 能够诱导一种特定的突变。图源：Cancer Cell 文章链接：https://doi.org/10.1016/j.ccell.2024.02.0092. 微胶质细胞和类器官模型在理解自闭症谱系障碍（ASD）中的作用2024 年 3 月 18 日，美国普渡大学药学院药物化学和分子药理学系的研究团队在 Molecular Psychiatry 期刊（IF = 11.9）发表了题为：Microglial over-pruning of synapses during development in autism-associated SCN2A-deficient mice and human cerebral organoids 的研究论文，揭示了微胶质细胞在 SCN2A 缺陷相关的小鼠模型和人类细胞中的过度突触修剪中发挥了关键作用。图源：Molecular Psychiatry 研究思路：本研究开发了一种 SCN2A 基因缺陷的小鼠模型，该模型显示出与自闭症谱系障碍（ASD）相关的显著行为和神经元表型，包括学习和记忆能力受损以及突触传输和脊柱密度降低。为了将研究结果进一步扩展到人类，研究人员建立了一个包含微胶质细胞的人脑类器官模型，该模型携带了在 ASD 儿童中发现的 SCN2A 突变。研究发现，携带 SCN2A 突变的类器官中的人类微胶质细胞也表现出了在小鼠模型中观察到的相同突触消除增加的现象。本研究认为微胶质细胞在 SCN2A 缺陷相关的小鼠模型和人类细胞中的过度突触剪裁中发挥了关键作用。图源：Molecular Psychiatry 文章链接：https://www.nature.com/articles/s41380-024-02518-43. 人类胎儿脑组织可以在体外自组织形成类器官  2024 年 1 月 8 日，荷兰的研究团队在 Cell 期刊（IF = 64.5）发表了题为：Human fetal brain self-organizes into long-term expanding organoids 的研究论文，揭示了从人类胎儿脑组织中建立可体外长期扩增的类器官 FeBOs 拥有可靠的分子特征与细胞组成，并能在体外自组织成 3D 层级结构。图源：Cell研究思路：本研究采用处于神经发育早中期的健康人类胚胎脑组织（12-15 孕周），将其切成 1-2 毫米小块置于无血清、无细胞外基质培养基（包含 EGF，FGF-2，FGF-10）培养，4-8 天内可形成具有明晰分界的 3D 结构，并具有类似组织的形态。此外，研究人员进一步通过神经发育相关标志物以表征类器官的体外自我组装（FeBOs），结果表明神经干细胞/祖细胞往往位于 FeBOs 边缘，而神经细胞则向中央分布。除此之外，星形胶质细胞、外侧放射状胶质细胞（oRGs）也有分布。该研究证实了从人类胎儿脑组织中建立可体外长期扩增的类器官 FeBOs 拥有可靠的分子特征与细胞组成，并能在体外自组织成 3D 层级结构。图源：Cell文章链接：https://doi.org/10.1016/j.cell.2023.12.0124. 基于新型 RGD-丝素蛋白-DNA 水凝胶微球（RSD-MS）构建软骨类器官前体2024 年 3 月 8 日，上海大学转化医学研究所/上海交通大学医学院附属新华医院的研究团队在 Bioactive Materials 期刊（IF = 18.9）发表了题为：Boosting cartilage repair with silk fibroin-DNA hydrogel-based cartilage organoid precursor 的研究论文，揭示了 RSD-MS 可作为一种构建和长期培养软骨类器官的理想材料，为软骨再生和组织工程提供了一种材料选择与创新策略。图源：Bioactive Materials研究思路：本研究采用光交联与自组装技术的微流控集成系统制备了一种新型的 RGD-丝素蛋白-DNA 水凝胶微球（RSD-MS）并基于此构建了软骨类器官前体（COP）。研究人员制备的 RSD-MS 具有均一的粒径分布、良好的溶胀性能和适宜的降解性。此外，研究人员通过阿利新蓝染色和免疫荧光染色等实验证明，RSD-MS 在促进骨髓间充质干细胞（BMSCs）向软骨细胞分化方面表现出高度的生物活性，且 BMSCs 在微球表面培养 14 天后可形成 COP。最后，研究人员还将 RSD-MS 和 COP 植入 SD 大鼠关节软骨缺损模型中进行软骨修复功能验证，结果显示 COP 可以加速软骨再生修复。总而言之，该研究证实了 RSD-MS 可作为一种构建和长期培养软骨类器官的理想材料，为软骨再生和组织工程提供了一种材料选择与创新策略。图源：Bioactive Materials文章链接：https://doi.org/10.1016/j.bioactmat.2024.02.0165. 先进的三维成像和有机体生物打印技术用于生物医学研究和治疗应用2024 年 3 月 8 日，美国哈佛医学院的研究团队在 Advanced drug delivery reviews 期刊（IF = 17.7）发表了题为：Advanced 3D imaging and organoid bioprinting for biomedical research and therapeutic applications 的研究论文，强调了 3D 生物选择性有机体具有创造组织模型的潜力并证实了这些组织模型在规模和功能上与器官非常相似。图源：Advanced drug delivery reviews研究思路：本研究通过将 3D 成像工具集成到一个生物排版平台以可以实时可视化，同时促进质量控制、优化，综合生物筛选评估。此外，研究人员还将将影像学技术与有机体生物切片结合起来，以提供关于组织形成、成熟、功能和治疗反应的有价值的见解。由于 3D 生物选择性有机体具有创造组织模型的潜力，这些组织模型在规模和功能上与器官非常相似，因此旨在进一步进行实验或移植。发展成像技术，使长期和非侵入性成像与活成像能力，将大大提高对类器官的生长、分化和对刺激的反应的了解。此外，研究人员还将成像与功能检测（如基因表达评估、细胞活动测量或药物反应研究）结合起来，以更全面地确定 3D 生物异型器官的特征，并有助于深入了解这些器官的功能特性和生理相关性。图源：Advanced drug delivery reviews文章链接：https://doi.org/10.1016/j.addr.2024.1152376. 富含星形胶质细胞的人脑类器官或将用于阿尔茨海默病等神经系统疾病研究2024 年 2 月 28 日，美国索尔克生物研究所遗传学实验室的研究团队在 Nature Biotechnology 期刊（IF = 59.1）发表了题为：Morphological diversification and functional maturation of human astrocytes in glia-enriched cortical organoid transplanted in mouse brain 的研究论文，介绍了一个新的胶质细胞丰富的皮质类器官模型并且能够加速星形胶质细胞的生成。图源：Nature Biotechnology研究思路：本研究通过向培养的大脑类器官中加入特定的胶质化合物，以观察它们是否会促进星形胶质细胞的形成。此外，研究人员还观察了星形胶质细胞的发育状况。研究结果表明，在祖细胞亚群中诱导胶质细胞生成能够快速衍生星形胶质细胞，其在分化的 8-10 周内占细胞群的 25-31%。此外，研究人员通过使用体内星形胶质细胞活化模型结合空间转录组分析，还鉴定了一个星形胶质细胞亚群，其在细胞因子刺激后迅速激活促炎通路。另外，该研究也证实了 CD 38 信号传导在介导反应性星形胶质细胞的代谢和线粒体应激中起着至关重要的作用。总而言之，该研究发现了炎症和星形胶质细胞功能障碍之间的联系，并在这一过程中发现 CD 38 是一个潜在的可成药靶点。图源：Nature Biotechnology文章链接：https://www.nature.com/articles/s41587-024-02157-87. 肾脏类器官模型揭示了纤毛自噬代谢轴在体外和体内是 PKD 的治疗靶点2024 年 1 月 4 日，新加坡南洋理工大学李光前医学院的研究团队在 Cell Stem Cell 期刊（IF = 24.9）发表了题为：Kidney organoid models reveal cilium-autophagy metabolic axis as a therapeutic target for PKD both in vitro and in vivo 的研究论文，培养了一组携带 ADPKD 或 ARPKD 不同致病遗传基因的肾脏类器官，并将使用类器官模型来研究 PKD 相关基因的发病机制。图源：Cell Stem Cell研究思路：本研究通过对常染色体显性多囊肾病（ADPKD）和常染色体隐性多囊肾病（ARPKD）肾脏类器官进行了深入分析，揭示了多囊肾病（PKD）类器官中的囊泡生成与 cAMP 代谢和钙稳态之间的关系。此外，研究人员通过将肾脏类器官移植到免疫功能低下的 NSG 小鼠中，开发了 PKD 的类器官异种移植模型，该模型在体内自发发育管状囊肿。这些 PKD 类器官在体外和体内都表现出肾小管损伤和异常的 RAAS 激活。值得注意的是，在类器官异种移植物内发育的囊性小管不需要外源信号刺激来维持异种移植物外植体培养时的囊肿结构。其中，体外生长的 ARPKD 肾类器官，毛喉素停用后肾小管囊肿完全消失；而 ARPKD 肾类器官异种移植物的外植体培养物长期持续维持肾小管囊肿，同时存在特征性的肾小管损伤和去分化。总而言之，该研究开发的体外和体内的多囊肾病肾脏类器官模型，将增强我们发现多囊肾病新的疾病机制以及验证临床转化候选药物的能力。图源：Cell Stem Cell文章链接：https://doi.org/10.1016/j.stem.2023.12.003参考文献：[1] Rosendahl Huber A, et al. Improved detection of colibactin-induced mutations by genotoxic E. coli in organoids and colorectal cancer. Cancer Cell. 2024 Mar 11;42(3):487-496.e6.[2] Wu J, et al. Microglial over-pruning of synapses during development in autism-associated SCN2A-deficient mice and human cerebral organoids. Mol Psychiatry. 2024 Mar 18.[3] Hendriks D, et al. Human fetal brain self-organizes into long-term expanding organoids. Cell. 2024 Feb 1;187(3):712-732.e38.[4] Shen C, et al. Boosting cartilage repair with silk fibroin-DNA hydrogel-based cartilage organoid precursor. Bioact Mater. 2024 Feb 16;35:429-444.[5] Maharjan S, et al. Advanced 3D imaging and organoid bioprinting for biomedical research and therapeutic applications. Adv Drug Deliv Rev. 2024 Mar 4:115237.[6] Wang M, et al. Morphological diversification and functional maturation of human astrocytes in glia-enriched cortical organoid transplanted in mouse brain. Nat Biotechnol. 2024 Feb 28.[7] Liu M, et al. Kidney organoid models reveal cilium-autophagy metabolic axis as a therapeutic target for PKD both in vitro and in vivo. Cell Stem Cell. 2024 Jan 4;31(1):52-70.e8.END深度聚焦类器官与3D培养论坛，OTC2024论坛合作详询：王晨 180 1628 8769戳“阅读原文”立即领取限量免费参会名额!