Organoids, spheroids, and the study of cells as 3D models show great potential in many applications including disease modeling and regenerative medicine

生理学相关背景下的复杂生物学

类器官、球状体和3D细胞模型研究在包括疾病建模和再生医学在内的许多应用中表现出了巨大的潜力。相对于2D模型,类器官和球状体等3D细胞模型使我们有机会在生理学相关背景下更好地理解生物学的复杂性。经过验证的实验方案和教育资源增强了我们对于培养和分析类器官和球状体的信心,引领3D模型取得成功。

本页内容:

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研究案例

类器官研究提供了从培养皿中启动再生的可能性,其复杂性非常高,因为三维培养支持复杂性非常高的结构,并且我认为它们在个性化药物和治疗方面具有极大的前景。

—Luigi Aloia,Gurdon 研究所副研究员

您能介绍一下自己和您的研究工作吗?

我叫 Luigi Aloia。 我在剑桥 Guldon 研究所 Maryhook 实验室从事博士后研究。 我主攻研究肝脏再生,研究的主要模型是 3D 类器官结构。 我们的目标是通过了解肝脏再生背后的基础分子机制来改进目前的治疗方法和手段。

类器官模型最吸引您的地方是什么?

类器官研究提供了从培养皿中启动再生的可能性,其复杂性非常高,因为三维培养支持复杂性非常高的结构,并且我认为它们在个性化药物和治疗方面具有极大的前景。

您对于其他使用类器官的人有什么提示或技巧吗?

主要提示是以 3D 方式思考。 使用 2D 培养技术时,你将细胞接种在塑料容器中,然后看到它们单层生长。 但对于类器官来说,你可以真正按照 3D 方式来组织结构。 作为研究人员记住这点很重要,它帮助你认识到组织如何形成、维持以及损伤后修复的复杂性。

您认为这个领域所取得的最大进步是什么?

我认为在过去几年中,类器官培养已经取得很大进展。 当下研究人员试图优化培养条件,以便在体外培养和体内培养,特别是在动物模型上移植培养物时获得更好的效果。 此外,还有很多研究人员试图理解培养系统背后的分子机制,这将有助于理解组织稳态和损伤修复相关的分子机制。

哪些实验室为您的工作奠定了基础?

我觉得是荷兰的 Clever 实验室的工作。 那里有许多来源于内胚层的组织和器官的类器官,证明了自我更新迅速的器官和自我更新缓慢的器官如肝(我研究的)都可以形成类器官培养物 ,因此我们可以在培养皿中研究器官。 我还必须提到维也纳的 Knoblich 实验室,他们建立了脑组织类器官,其工作又由剑桥的 Madeline Lancaster 后续开展。 因此剑桥现在成为了一个重要的类器官培养中心。

您认为类器官研究的未来在哪里?

我认为类器官研究对于个性化药物和改善目前包括癌症在内的几种疾病中的治疗具有极大的前景。 我深信通过类器官研究,我们将更好地了解组织、内环境稳态、损伤和疾病的机制,进而实施更好的治疗方法和手段。

我对于如何使用类器官来建立肿瘤病理模型十分感兴趣,因为到目前为止,我们只使用过2D细胞系和动物模型。现在由于类器官技术的应用——尤其在前列腺癌,结肠癌和胰腺癌方面——我们对其病理学有了更深入的了解。

—Laura Broutier,Gurdon 研究所

您能介绍一下自己和您的研究工作吗?

我叫 Laura Broutier,是剑桥 Gurdon 研究所 Meritxell Huch 实验室的博士后研究员,正在使用类器官技术为原发性肝癌建模。

您学习更多关于 3D/类器官技术的主要目标是什么?

目前的原发性肝癌研究领域,没有好的模型来真正理解其中的病理学,因为 2D 细胞系不能模拟原发性肝癌的组织结构和该肿瘤的遗传概况。 因此我们使用类器官技术试图获得更好的模型,以便更好地理解其中的病理学。

您什么时候开始对类器官研究感兴趣的?

在攻读博士学位期间,我使用的是 2D 细胞系和癌细胞系,而我想了解更多有关癌症干细胞和干细胞的信息。 我认为类器官技术可以让我更好地了解这些干细胞和祖细胞,我觉得这个模型可以填补 2D 细胞系和动物模型之间的差距,因此为了未来的事业,我想学习这种技术。

您对于其他使用类器官的研究人员有什么提示或技巧吗?

开始使用类器官模型时,我想进行高通量的筛选,而在文献中查找的常见步骤是将细胞接种到 24 孔板中。 但如果你想要大量的细胞时,你可以将它们接种在6孔板中,并进行多点滴定,这样有助于控制培养箱中培养板的数量。

您认为 3D 细胞培养领域取得的最大进展是什么?

我对于如何使用类器官来模拟肿瘤病理学非常感兴趣,迄今为止我们只使用过 2D 细胞系和动物模型。 现在由于类器官技术的应用,尤其是在前列腺癌、结肠癌和胰腺癌中,我们在这些病理学研究方面有更好的投入,因为我们正在维持细胞间相互作用,细胞与基质的相互作用,并改变了药物应答反应。

您认为下一步是什么?

我认为至少在我的领域下一步(例如使用类器官技术为癌症建模)实际上是使用此模型进行个性化药物和大型药物筛选。 目前从病人的活组织检查可以得到肿瘤细胞系,可以使用这个细胞系测试几种药物,然后根据对这些药物的反应,再采用适当的药物治疗病人。

我认为最重要的进展是能够对疾病进行建模,并建立药物筛选系统采取新颖的治疗手段以及个性化药物。

—Margherita Yayoi Turco,剑桥大学皇家学会 Dorothy Hodgkin 研究员

您能介绍一下自己和您的研究工作吗?

我叫 Margherita Turco。 我是剑桥大学滋养细胞研究中心皇家协会和 Dorothy Hodgkin 的研究员。 我从事人类生殖的研究,所以我特别感兴趣的是研究子宫内膜在每个周期的再生情况以及它如何为怀孕做准备,因为没有生理或功能相关的模型,进行这项研究是非常困难的。 所以我一直试图建立类器官系统来模拟体外人类子宫内膜。

您对于其他使用类器官的研究人员有什么提示或技巧吗?

我认为了解你的培养物非常重要,它们如何成长,它们应该是什么样子。 你必须很好地监控它们,并在适当的时候传代,以便获得实验所需的最佳的健康生长器官。 我发现使用电子移液器对类器官传代非常有用,这样可以节省大量时间,并可重复地操作。

您认为类器官的未来在哪里?

类器官结构类似上皮组织,它缺乏内皮细胞和免疫细胞,这在某种意义上也是一个优势,因为你面对的是一个简洁无干扰的系统。 对于我正在研究的子宫内膜基质细胞 (也调节腺体活动)是非常重要的,所以我认为未来的挑战将是找到强大的共培养系统来模拟类器官 - 上皮组织与基质组织形成更完整的组织模型。

您希望在类器官工作区引入什么?

我认为明确的和量身定制的基质对于培养类器官是非常重要的。 因此,我认为更精确地模拟目标组织的细胞外基质的组成和强度的基质会很好。

您认为这个领域所取得的最大进步是什么?

几乎所有的主要器官都衍生出很好的类器官,它们对于帮助我们了解组织细胞形成之间的关系非常重要。 但除此之外,我认为最重要的进展是真正能够模拟疾病,尤其是建立药物筛选系统以获得新颖的治疗方法和个性化药物的领域,并且最新的刊物也登载了这些内容。

主要实验方案和方法

在 3D 培养的文献中有各种实验方案 - 有些是有效的,有些则没有。 以下是每种组织类型引用最多的刊物。

细胞类型 相关生长因子 相关培养基 主要刊物
多能干细胞 FGF2 DMEM/F12, Neurobasal Lancaster, M.A., et al. Nature. 2013 
多能干细胞 FGF2, EGF, BDNF, NT-3 DMEM/F12, Neurobasal Pasca, A.M. et al. Nature Methods. 2015 年 
多能干细胞 DKK1 DMEM/F12 Phillips, A.W., et al. J. Vis. Exp. 2017 
多能干细胞 DKK1, BMPR1a-Fc DMEM/F12, Neurobasal Mariani, J., et al. PNAS. 2012 年 
多能干细胞 N/A DMEM/F12, Neurobasal Iefremova, V., et al., Cell Reports. 2017 
多能干细胞 BDNF, GDNF, NT-3, Laminin, bFGF DMEM/F12, Essential 8, Essential 6, Neurobasal Zhou, T., etal., Cell Stem Cell. 2017 

细胞类型 相关生长因子 相关培养基 主要刊物
成体组织干细胞/祖细胞 FGF10, HGF, EGF, Noggin Advanced DMEM/F12 Huch, M., et al. Nature. 2013 
成体组织干细胞/祖细胞 EGF, FGF10, HGF, Noggin, BMP7, FGF19 Advanced DMEM/F12 Huch, M., et al. Cell 2015 
多能干细胞 BMP4, VEGF, Activin, PDGFBB, FGF2 RPMI1640, DMEM/F12, StemPro-34 SFM Takebe, T., et al. Cell Reports. 2017 
多能干细胞 FGF2, BMP4, Activin, HGF, EGF RPMI1640 Takebe, T., et al. Nature. 2013 
原代细胞 N/A HepaRG 培养基 Proctor, W.R., et al. Arch. Toxicol. 2017 

细胞类型 相关生长因子 相关培养基 主要刊物
成体组织干细胞/祖细胞 Noggin, EGF, FGF10 DMEM, Advanced DMEM/F12 Sato, T, et al., Gastroenterology. 2011 
成体组织干细胞/祖细胞 EGF, Noggin Advanced DMEM/F12 Sato, T., et al., Nature, 2009 
多能干细胞 Activin, FGF4, BMP2, EGF, NOGGIN, SHH N/A Munera, J.O., et al., Cell Stem Cell. 2017 
多能干细胞 Activin, FGF4, Noggin, EGF DMEM/F12, RPMI1640, Advanced DMEM/F12 Spence, J.R., et al., Nature. 2011 
多能干细胞 IGF1, FGF2 Knockout DMEM Uchida, H., et al., JCI Insight. 2016 
多能干细胞 Activin, FGF4, EGF, NOGGIN RPMI1640, Advanced DMEM/F12, Watson, C.L., et al., Nature Medicine. 2014 年 

细胞类型 相关生长因子 相关培养基 主要刊物
多能干细胞
FGF2, Noggin, Activin, FGF9 Advanced RPMI1640 Morizane, R., et al., Nature Biotechnology. 2015 
多能干细胞
FGF2, Noggin, Activin, FGF9 Advacned RPMI Freedman, B.S., et al., Nature Communications. 2015 
多能干细胞 FGF2, BMP4, Activin, BMP7, FGF9 DMEM/F12 Takasato, M., et al., Nautre. 2014 
胎儿组织来源细胞 BMP7, FGF2, LIF DMEM/F12 Li, Z., et al., Cell Stem Cell. 2016 

细胞类型 相关生长因子 相关培养基 主要刊物
多能干细胞 Activin, FGF4, FGF2, Noggin, SHH RPMI1640, Advanced DMEM/F12 Dye, BR., et al., Elife. 2015 
多能干细胞 FGF2 DMEM/F12 Wilkinson, DC., et al., Stem Cells Translational Medicine. 2016 年 

细胞类型 相关生长因子 相关培养基 主要刊物
多能干细胞 FGF2 DMEM/F12, Neurobasal Lancaster, M.A., et al. Nature. 2013 
多能干细胞 FGF2, EGF, BDNF, NT-3 DMEM/F12, Neurobasal Pasca, A.M. et al. Nature Methods. 2015 年 
多能干细胞 DKK1 DMEM/F12 Phillips, A.W., et al. J. Vis. Exp. 2017 
多能干细胞 DKK1, BMPR1a-Fc DMEM/F12, Neurobasal Mariani, J., et al. PNAS. 2012 年 
多能干细胞 N/A DMEM/F12, Neurobasal Iefremova, V., et al., Cell Reports. 2017 
多能干细胞 BDNF, GDNF, NT-3, Laminin, bFGF DMEM/F12, Essential 8, Essential 6, Neurobasal Zhou, T., etal., Cell Stem Cell. 2017 

细胞类型 相关生长因子 相关培养基 主要刊物
成体组织干细胞/祖细胞 FGF10, HGF, EGF, Noggin Advanced DMEM/F12 Huch, M., et al. Nature. 2013 
成体组织干细胞/祖细胞 EGF, FGF10, HGF, Noggin, BMP7, FGF19 Advanced DMEM/F12 Huch, M., et al. Cell 2015 
多能干细胞 BMP4, VEGF, Activin, PDGFBB, FGF2 RPMI1640, DMEM/F12, StemPro-34 SFM Takebe, T., et al. Cell Reports. 2017 
多能干细胞 FGF2, BMP4, Activin, HGF, EGF RPMI1640 Takebe, T., et al. Nature. 2013 
原代细胞 N/A HepaRG 培养基 Proctor, W.R., et al. Arch. Toxicol. 2017 

细胞类型 相关生长因子 相关培养基 主要刊物
成体组织干细胞/祖细胞 Noggin, EGF, FGF10 DMEM, Advanced DMEM/F12 Sato, T, et al., Gastroenterology. 2011 
成体组织干细胞/祖细胞 EGF, Noggin Advanced DMEM/F12 Sato, T., et al., Nature, 2009 
多能干细胞 Activin, FGF4, BMP2, EGF, NOGGIN, SHH N/A Munera, J.O., et al., Cell Stem Cell. 2017 
多能干细胞 Activin, FGF4, Noggin, EGF DMEM/F12, RPMI1640, Advanced DMEM/F12 Spence, J.R., et al., Nature. 2011 
多能干细胞 IGF1, FGF2 Knockout DMEM Uchida, H., et al., JCI Insight. 2016 
多能干细胞 Activin, FGF4, EGF, NOGGIN RPMI1640, Advanced DMEM/F12, Watson, C.L., et al., Nature Medicine. 2014 年 

细胞类型 相关生长因子 相关培养基 主要刊物
多能干细胞
FGF2, Noggin, Activin, FGF9 Advanced RPMI1640 Morizane, R., et al., Nature Biotechnology. 2015 
多能干细胞
FGF2, Noggin, Activin, FGF9 Advacned RPMI Freedman, B.S., et al., Nature Communications. 2015 
多能干细胞 FGF2, BMP4, Activin, BMP7, FGF9 DMEM/F12 Takasato, M., et al., Nautre. 2014 
胎儿组织来源细胞 BMP7, FGF2, LIF DMEM/F12 Li, Z., et al., Cell Stem Cell. 2016 

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多能干细胞 Activin, FGF4, FGF2, Noggin, SHH RPMI1640, Advanced DMEM/F12 Dye, BR., et al., Elife. 2015 
多能干细胞 FGF2 DMEM/F12 Wilkinson, DC., et al., Stem Cells Translational Medicine. 2016 年 

类器官、球状体和3D细胞模型的培养和分析系统

我们的培养和分析系统是专为培养类器官、球状体和 3D 细胞模型设计。

研究人员通常利用细胞系来建立目标的疾病模型。Gibco细胞系可以让您逼真地模拟体内状态,从类器官和球状体研究得到更多生理相关的数据。

定制细胞

原代肝细胞

星状细胞—从成人肝脏分离的非静息冷冻保存的肌成纤维细胞

LSECs - 从成人肝脏分离的冻存肝窦内皮细胞

干细胞

人染色体外 Cas9 iPSC—一种Cas9表达载体,通过慢病毒递送和随后的抗生素筛选,稳定整合到染色体外基因上的iPSC

联系我们获取定制细胞服务的协助

选择正确的培养基质是类器官和球状体培养体系成功的重要第一步。 支架(或单层)系统可更轻松地从 2D 单层环境转换成 3D 模型。 无支架(或悬浮)系统用于扩展和整个器官的发展。 多孔膜基系统在需要极化的上皮细胞的辅助下进行细胞分化和组织形成研究中,极具优势。

Gibco培养基和试剂在类器官和球状体的同行评议论文中被引用,广泛用于细胞三维模型的生长,分化和成熟。 形成合适的培养系统以满足如干细胞或癌细胞系等生长。

查看所有生长因子

多能干细胞

皮肤细胞

癌症球状体

肝细胞

脑细胞

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培养3D模型需要投入大量的时间和资源,同时还要确保自己的投入能获得自己预测的3D模型。 我们的基因表达和可视化工具产品组合可让您监控类器官和3D模型的形成,帮助您确立研究方向正确的信心。

Imaging instruments and analysis software

证明3D细胞结构更好地保持了生理条件下的形态,这对于研究结果的成功至关重要。我们的成像和高内涵分析平台及试剂已被公认为是分析类器官和球状体培养物的可靠系统。此外,Invitrogen抗体经过验证可确保研究结果的特异性和可重复性。

研究人员通常利用细胞系来建立目标的疾病模型。Gibco细胞系可以让您逼真地模拟体内状态,从类器官和球状体研究得到更多生理相关的数据。

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Gibco培养基和试剂在类器官和球状体的同行评议论文中被引用,广泛用于细胞三维模型的生长,分化和成熟。 形成合适的培养系统以满足如干细胞或癌细胞系等生长。

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