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在病變的晚期，新型冠狀病毒可以廣泛感染肺組織，可能對肺功能造成嚴(yán)重?fù)p害。在過去三年中，人類干細(xì)胞衍生的類器官已成為COVID-19研究的優(yōu)勢工具。

人類肺部類器官（hLOs）具有與支氣管和肺泡相似的結(jié)構(gòu)，類似于人類肺組織的結(jié)構(gòu)和功能，使得培養(yǎng)過程復(fù)雜。研究人員使用小分子化合物和細(xì)胞因子誘導(dǎo)多能干細(xì)胞形成內(nèi)胚層，然后讓內(nèi)胚層形成三維組織，獲得類似于早期胚胎肺的組織，并進(jìn)一步發(fā)展成肺組織。

培養(yǎng)人類肺部類器官有多種協(xié)議。接下來，我們將根據(jù)Han和Alyssa J Miller等人的文章[1][2]，總結(jié)從人類多能干細(xì)胞（hPSCs）形成人類肺部類器官和芽尖祖細(xì)胞類器官的一般過程。

Figure 1 Process of hPSC-Derived Human Lung Organoids and Bud Tip Progenitor Organoids by Alyssa J Miller et al. [2] 

hPSC定向分化為內(nèi)胚層

hPSCs使用Accutase解離并接種到低附著6孔板中，懸浮在無血清分化培養(yǎng)基中，含有10μM Y-27632、0.5 ng/mL人BMP4、2.5 ng/mL人bFGF和100 ng/mL人Activin A，培養(yǎng)3-4天。

誘導(dǎo)前腸球狀體形成

為了誘導(dǎo)前腸球狀體的形成，培養(yǎng)基更換為前腸分化培養(yǎng)基：DMEM/F12培養(yǎng)基補(bǔ)充了1× N-2、1× B27、10 mM HEPES、1× L-谷氨酰胺、10 µM SB431542、200 ng/mL人Noggin、1 µM SAG、500 ng/mL人FGF4和2 µM CHIR99021，培養(yǎng)5天。

然后，不破壞單層細(xì)胞的情況下收集漂浮的球狀體，轉(zhuǎn)移到新的離心管中，并接種到含有Matrigel的板中，然后在37°C下孵化。

Figure 2 Bright-field images of foregut spheroids [2].

人肺類器官和芽尖祖細(xì)胞類器官的誘導(dǎo)

3.1 人類肺部類器官的誘導(dǎo)

通過向前腸球狀體中添加人類肺部類器官誘導(dǎo)培養(yǎng)基來誘導(dǎo)人類肺部類器官：DMEM/F12培養(yǎng)基補(bǔ)充了1× N-2、1× B27、1% FBS、10 mM HEPES、1× L-谷氨酰胺和500 ng/mL人FGF10，每兩周更換一次培養(yǎng)基。

大約需要50天來生成人類肺部類器官，這些類器官展現(xiàn)出分散的上皮細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)，其中類似氣道的上皮細(xì)胞被間充質(zhì)細(xì)胞包圍，并表達(dá)肺泡上皮細(xì)胞的標(biāo)志物。

Figure 3 Bright-field image of expected growth pattern of human lung organoids [2]

3.2 芽尖祖細(xì)胞類器官的誘導(dǎo)

向前腸囊中添加人類肺部類器官誘導(dǎo)培養(yǎng)基：在DMEM/F12培養(yǎng)基中加入1× N-2、1× B27、10 mM HEPES、1× L-谷氨酰胺、10 ng/mL人FGF7、0.5% BSA、50 µg/mL抗壞血酸、3 µM CHIR99021、50 nM ATRA和0.4 µM單硫甘油，然后培養(yǎng)混合物。每2-3天更換一次培養(yǎng)基。將生成芽尖祖細(xì)胞類器官。

培養(yǎng)22天后，芽尖祖細(xì)胞類器官包含一個(gè)高度富集且增殖的細(xì)胞群，這些細(xì)胞表達(dá)與人類胎兒芽尖祖細(xì)胞類似的轉(zhuǎn)錄因子，包括SOX2+、SOX9+、ID2+和NKX2.1+。

Figure 4 Bright field image of bud tip progenitor organoid growth pattern [2]

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