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2019年，地球村遭遇了新冠病毒的攻擊，新冠大魔王派出了Alpha、Gamma、Delta、Lambda、Omicron等毒株作為先鋒，試圖通過感染的方式占領(lǐng)地球村。人類奮起反抗，利用新冠疫苗和科學(xué)的防疫手段保衛(wèi)著自己的家園。然而最近新冠大魔王通過幾種相關(guān)病毒共同感染同一個(gè)細(xì)胞的方式，將多個(gè)突變株重組整合，形成了毒性更強(qiáng)的XD（Delta和Omicron BA.1的重組體）、XE（Omicron BA.1和BA.2的重組體）、XF（Delta和Omicron BA.1的重組體）等多種重組病毒。人類的家園保衛(wèi)戰(zhàn)已經(jīng)打響，那么如何在擊退新冠大魔王的同時(shí)，盡量減少損失呢？
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這個(gè)時(shí)候，類器官兵團(tuán)作為研究病毒-宿主相互作用的“替身”上場了，這個(gè)兵團(tuán)由肺、腦、心臟、腎等多種類器官模型組成，其結(jié)構(gòu)不僅保留了與體內(nèi)器官高度相似的組織學(xué)、遺傳學(xué)特點(diǎn)，同時(shí)形成的組織有干細(xì)胞增殖與分化潛能。這些類器官主要用于代替人類進(jìn)行體外模擬病毒感染實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而對(duì)感染的靶點(diǎn)、候選藥物的篩選進(jìn)行研究。
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圖1. SARS-CoV-2感染的人體器官[1]
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肺類器官
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新型冠狀病毒感染主要涉及呼吸系統(tǒng)，通過唾液飛沫從一個(gè)人傳播到另一個(gè)人。在新冠肺炎陽性的病例中，87%患者的肺組織呈現(xiàn)典型的彌漫性肺泡損傷特征。
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肺是一個(gè)具有高度分支的器官，傳統(tǒng)的肺細(xì)胞系不能夠準(zhǔn)確反映出肺在體內(nèi)的情況，而人類肺類器官包含各種細(xì)胞類型，這些細(xì)胞在空間組織和功能上類似于胎兒的肺組織，Paola Spitalieri等人[2]通過在體外模擬人類胎兒肺器官發(fā)育成熟的過程，成功地制備出了可長期培養(yǎng)的人肺類器官（hLORGs），目前正在應(yīng)用該模型進(jìn)行細(xì)胞嗜性、宿主細(xì)胞反應(yīng)、影響病毒易感性的遺傳變異、新型候選藥物等多項(xiàng)研究。
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圖2. 體外培養(yǎng)用于 SARS-CoV-2感染的人肺類器官模型（hLORGs）[2]
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腦類器官
大量病例報(bào)告表明，新冠肺炎可以表現(xiàn)出暫時(shí)或完全喪失嗅覺功能，并且已經(jīng)在患者腦樣本中檢測到病毒RNA，這些報(bào)告表明新型冠狀病毒有嗜神經(jīng)性特征。目前腦類器官正在新冠感染機(jī)理研究中大放異彩。Eric Song等人[3]在2020年發(fā)現(xiàn)，SARS-CoV-2感染人腦類器官后，能夠觀察到明顯的感染現(xiàn)象，并且伴隨著感染神經(jīng)元和鄰近神經(jīng)元的代謝變化；同時(shí)證明了阻斷ACE2抗體后可以預(yù)防神經(jīng)元感染。Jacob等人[4]發(fā)現(xiàn)了在感染新冠病毒的腦類器官模型中，炎癥信號(hào)相關(guān)基因的表達(dá)上調(diào)；Wang等人[5]利用腦類器官模型確定了新冠肺炎的一個(gè)重要致病因子:ApoE4。
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圖3. SARS-CoV-2感染人腦類器官后，隨著時(shí)間延長，SARS-CoV-2陽性細(xì)胞增多[3]。
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消化道類器官
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新冠肺炎患者還表現(xiàn)出各種胃腸道癥狀，包括腹瀉、惡心、嘔吐、厭食和腹痛。單細(xì)胞分析表明，ACE2和TMPRSS2在回腸和結(jié)腸中均有表達(dá)，而在小腸中ACE2的表達(dá)量最高。Clevers小組[6]在人類AdSC衍生的腸類器官樣本中觀察到了被SARS-CoV-2感染的情況，再次強(qiáng)調(diào)了類器官能夠在體外快速、高效地重現(xiàn)病毒感染過程。Mithal等人[7]找出了人類腸道類器官可以被病毒感染及激活干擾素相關(guān)的基因，包括BST2、OASL、MX1、IFITM1和IRF7。這些基因的發(fā)現(xiàn)為后續(xù)的藥物研發(fā)提供了有力的依據(jù)和研究的方向。
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圖4. 感染SARS-CoV-2的人體腸道類器官（白色）（圖片來源: Joep Beumer/Clevers group/Hubrecht Institute）
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其它類器官
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新冠肺炎研究中也會(huì)使用其它相關(guān)類器官，包括腎臟、視網(wǎng)膜、血管和肝臟類器官。
在對(duì)新冠肺炎的第一批研究中，Monteil 等人[8]證明了新型冠狀病毒可以直接與血管和腎臟類器官相互作用，并且這種相互作用可以通過用臨床級(jí)可溶性ACE2治療來阻斷。Yang等人[9] 已經(jīng)證明人肝臟類器官和膽管類器官也易受新型冠狀病毒感染，并且趨化因子的誘導(dǎo)模式與在患者樣本中發(fā)現(xiàn)的模式相似。
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類器官模型助力新冠藥物開發(fā)
新冠肺炎是一種新的疾病，致病機(jī)制仍需要進(jìn)一步研究，開發(fā)有效藥物仍然是科研工作重心。
研究人員通過類器官模型，已找到了多個(gè)與新冠感染相關(guān)的蛋白，對(duì)它們進(jìn)行了結(jié)構(gòu)功能性研究、藥物設(shè)計(jì)和篩選。藥品研發(fā)主要從以下四個(gè)方面進(jìn)行：一是抑制病毒進(jìn)入細(xì)胞，如通過中和抗體對(duì)病毒表面的刺突糖蛋白進(jìn)行封閉；二是抑制病毒蛋白酶活性，如PL、3CL蛋白酶抑制劑，阻止病毒的轉(zhuǎn)錄、翻譯；三是通過抑制與病毒復(fù)制相關(guān)的RNA聚合酶而具有抗病毒活性，如瑞德西韋(Remdesivir)就是抑制病毒RNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄的一種核苷酸類似物；四是抑制病毒融合、包裝、轉(zhuǎn)運(yùn)，如弗林蛋白酶(Furin)抑制劑、跨膜絲氨酸蛋白酶(TMPRSS2)抑制劑。
目前，治療新冠肺炎的藥物基本采用“老藥新用”策略，在安全的基礎(chǔ)上，根據(jù)藥物作用機(jī)理，合理推測疾病適應(yīng)癥。
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類器官培養(yǎng)系統(tǒng)
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類器官的形成需要單細(xì)胞或小細(xì)胞群增殖并重組，成為復(fù)雜的、有組織的細(xì)胞團(tuán)，從而模擬特定器官的一些結(jié)構(gòu)和功能特征。雖然干細(xì)胞具有分化的特性，但是怎樣將各個(gè)細(xì)胞分化成為理想的細(xì)胞類型呢？答案就是細(xì)胞因子。不同種類的類器官培養(yǎng)過程中所需的細(xì)胞因子略有差異，通過添加促進(jìn)或抑制特定信號(hào)通路的因子，將培養(yǎng)物導(dǎo)向感興趣的細(xì)胞譜系。例如：肺類器官的培養(yǎng)需要添加Activin A、FGF basic、FGF-4、Noggin；而前列腺類器官則需要添加EGF、Activin A、FGF basic、FGF-10、Noggin。
近岸蛋白自主研發(fā)生產(chǎn)的低內(nèi)毒素Activin A、EGF、FGF basic、R-Spondin 1、Noggin、Wnt3a等細(xì)胞因子，內(nèi)毒素低至＜10EU/mg，具有高活性、高純度、高批間一致性，為類器官培養(yǎng)設(shè)計(jì)，已獲得市場認(rèn)可，讓您研究放心！
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常見類器官培養(yǎng)相關(guān)細(xì)胞因子
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推薦產(chǎn)品
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貨號(hào) |
產(chǎn)品名稱 |
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參考文獻(xiàn)
1. HAN, Yuling, et al. Human organoid models to study SARS-CoV-2 infection. Nature Methods, 2022, 1-11.
2. SPITALIERI, Paola, et al. Two Different Therapeutic Approaches for SARS-CoV-2 in hiPSCs-Derived Lung Organoids. Cells, 2022, 11.7: 1235.
3. SONG, Eric, et al. Neuroinvasive potential of SARS-CoV-2 revealed in a human brain organoid model. 2020.
4. JACOB, Fadi, et al. Human pluripotent stem cell-derived neural cells and brain organoids reveal SARS-CoV-2 neurotropism predominates in choroid plexus epithelium. Cell stem cell, 2020, 27.6: 937-950. e9.
5. WANG, Lu, et al. A human three-dimensional neural-perivascular ‘a(chǎn)ssembloid’promotes astrocytic development and enables modeling of SARS-CoV-2 neuropathology. Nature medicine, 2021, 27.9: 1600-1606.
6. LAMERS, Mart M., et al. SARS-CoV-2 productively infects human gut enterocytes. Science, 2020, 369.6499: 50-54.
7. MITHAL, Aditya, et al. Human pluripotent stem cell-derived intestinal organoids model SARS-CoV-2 infection revealing a common epithelial inflammatory response. Stem cell reports, 2021, 16.4: 940-953.
8. Monteil V，Kwon H，Prado P，et al. Inhibition of SARS-CoV-2 Infections in Engineered Human Tissues Using Clinical-Grade Soluble Human ACE2[J].Cell，2020，S0092-8674（20）30399-8.
9. YANG, Liuliu, et al. A human pluripotent stem cell-based platform to study SARS-CoV-2 tropism and model virus infection in human cells and organoids. Cell stem cell, 2020, 27.1: 125-136. e7.
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蘇州近岸蛋白質(zhì)科技股份有限公司，是一家專注于重組蛋白應(yīng)用解決方案的高新技術(shù)企業(yè)，主營業(yè)務(wù)為靶點(diǎn)及細(xì)胞因子類蛋白、重組抗體、酶及試劑的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售，并提供相關(guān)技術(shù)服務(wù)。公司定位為醫(yī)療健康與生命科學(xué)領(lǐng)域原料與技術(shù)解決方案的上游供應(yīng)商，致力于為下游客戶提供及時(shí)、穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品及服務(wù)，助力全球生物醫(yī)藥企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)的技術(shù)與產(chǎn)品創(chuàng)新升級(jí)。
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