這種膠狀基質(zhì)在1987年第一次被開發(fā)出來。1991年第一次被Aggeler用于乳腺上皮細(xì)胞的三維培養(yǎng)，其結(jié)構(gòu)類似于乳腺組織中的腺泡結(jié)構(gòu)（Aggeler et al., 1991)。基于此，基質(zhì)膠從此成為培養(yǎng)乳腺上皮細(xì)胞標(biāo)準(zhǔn)方法中的重要成分。
 

2009年Hans團(tuán)隊(duì)首先利用基質(zhì)膠構(gòu)建了全球第一個(gè)類器官：上皮類器官，從此天然基質(zhì)膠被廣泛用于類器官培養(yǎng)。
 

二、類器官培養(yǎng)的生長(zhǎng)因子的設(shè)計(jì)
 

為了成功建立類器官，必須仔細(xì)考慮不同的可用方案，除了所需的生物材料基質(zhì)外，還需要考慮添加細(xì)胞培養(yǎng)、增殖及分化所必需的生長(zhǎng)因子，從而保證類器官中的干細(xì)胞長(zhǎng)期生存的能力。這些生長(zhǎng)因子模擬生理組織自我更新或損傷修復(fù)過程中的干細(xì)胞巢環(huán)境，可以通過優(yōu)化培養(yǎng)物生長(zhǎng)條件來實(shí)現(xiàn)，如提供基底膜基質(zhì)（即Matrigengel）并添加一系列激動(dòng)劑（如Wnt和酪氨酸激酶受體）和抑制劑（如骨形態(tài)發(fā)生蛋白/轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子－β）。這些生長(zhǎng)因子會(huì)因所用類器官干細(xì)胞的性質(zhì)而有所差異，研究人員仍在不斷改進(jìn)生長(zhǎng)因子的添加配方，以進(jìn)一步提高類器官體外存活率。
 

在類器官中加入必要的生長(zhǎng)因子，有助于干細(xì)胞在體外更好地增殖分化，從而形成類器官。例如，2009年Hans Clevers實(shí)驗(yàn)室將來自小鼠腸道的腸道成體干細(xì)胞接種于基質(zhì)膠中，并在培養(yǎng)基中添加R-spondin、Noggin、表皮生長(zhǎng)因子等干細(xì)胞必要生長(zhǎng)因子，才培養(yǎng)出了世界首個(gè)具有隱窩樣結(jié)構(gòu)的小腸類器官。目前主要在類器官培養(yǎng)中使用的生長(zhǎng)因子包括：可支持干細(xì)胞增殖分化的生長(zhǎng)因子如Wnt-3A、R-spondin-1、Noggin等及小分子抑制劑等。
 

1.Wnt信號(hào)通路相關(guān)促干細(xì)胞增殖的細(xì)胞因子

Wnt-3A是Wnt/β-catenin信號(hào)通路的激活因子，可以促進(jìn)干細(xì)胞增殖分化，也在腫瘤發(fā)生中發(fā)揮重要作用。目前，Wnt-3A已被報(bào)道用于腦類器官及肝臟類器官培養(yǎng)基，除了Wnt-3A外，R-spondin-1是Lgr5的配體，而Lgr5陽性的干細(xì)胞已被證實(shí)具有擴(kuò)增成為類器官的潛能。同時(shí)，R-spondin-1作為Wnt信號(hào)通路的激動(dòng)劑，可以通過增強(qiáng)Wnt信號(hào)在多方面發(fā)揮作用。因此，在乳腺類器官、小腸類器官、肝臟類器官等多個(gè)類器官的培養(yǎng)過程中均發(fā)揮重要作用，是類器官培養(yǎng)中最常見的生長(zhǎng)因子之一。
 

Wnt/β-catenin信號(hào)通路

骨形態(tài)發(fā)生蛋白4(BMP4）是TGF－β超家族的一員，在細(xì)胞增殖分化中發(fā)揮重要作用可以抑制Wnt信號(hào)，從而控制干細(xì)胞的自我更新。BMP4被廣泛用于腸道類器官的研究，調(diào)節(jié)腸道內(nèi)分泌細(xì)胞的激素水平。Noggin也是TGF-β超家族的一員，可以與 BMP4、BMP7結(jié)合，是骨形態(tài)發(fā)生蛋白抑制劑的分泌蛋白，與骨形態(tài)發(fā)生蛋白起到相反的作用。Noggin與骨形態(tài)發(fā)生蛋白結(jié)合可以協(xié)調(diào) Wnt信號(hào)激活干細(xì)胞，促進(jìn)其增殖。因此，Noggin已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各種類器官的長(zhǎng)期培養(yǎng)，如肝臟類器官、小腸類器官及輸卵管類器官。

表皮生長(zhǎng)因子（epidermalgrowth factor，EGF）主要促進(jìn)細(xì)胞的增殖，已被報(bào)道在輸卵管類器官及小腸類器官中發(fā)揮促進(jìn)類器官生長(zhǎng)發(fā)育的重要作用。成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子（FGF）可抑制骨形態(tài)發(fā)生蛋白，從而促進(jìn)類器官生長(zhǎng)。目前，F(xiàn)GF2、FGF7和FGF10是最常用于類器官研究的家族成員，對(duì)類器官中多種干細(xì)胞的增殖分化具有重要的調(diào)控作用。血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（VEGF）不僅在類器官的血管生成及內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)中發(fā)揮重要作用，還可以促進(jìn)腎臟類器官的干細(xì)胞增殖，增強(qiáng)心臟類器官的心臟功能，促進(jìn)腦類器官的神經(jīng)分化等，因此被廣泛用于促進(jìn)類器官擴(kuò)增與微環(huán)境調(diào)控。肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子不僅可以促進(jìn)肝臟類器官的形成，還可以維持胃類器官和小腸類器官的生長(zhǎng)。

VEGF信號(hào)通路

對(duì)于小鼠培養(yǎng)體系而言，成熟的腸道干細(xì)胞亞群多從Lgr5驅(qū)動(dòng)子后表達(dá)eGFP的小鼠中分離提取；而對(duì)于人源培養(yǎng)體系而言，胚胎干細(xì)胞（embryonic stem cells,ESCs）及誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（induced pluripotent stem cells,iPSCs）均可用于腸道干細(xì)胞的分離培養(yǎng)（Spence et al.,  2011)。根據(jù)所用的實(shí)驗(yàn)方法不同，培養(yǎng)物表現(xiàn)出的特性有輕微差異，干細(xì)胞來源的稱為“類器官”(organoids)，而隱窩來源的稱為“類腸道”(enteroids)( Wells and Spence, 2014 )。有研究者為鑒別不同的體外腸道培養(yǎng)物提出了新的命名法（Stelzner et al ., 2012 )，但目前多數(shù)文獻(xiàn)均使用“類器官”統(tǒng)稱這種新型的體外三維培養(yǎng)物。
 

相較于從隱窩中培養(yǎng)類器官，從單個(gè)干細(xì)胞培養(yǎng)類器官更復(fù)雜、更耗時(shí)、更昂貴，且需要特殊的實(shí)驗(yàn)器材。因此，單個(gè)干細(xì)胞進(jìn)行類器官培養(yǎng)一般僅用于干細(xì)胞生物學(xué)研究，而相對(duì)簡(jiǎn)單地用隱窩進(jìn)行類器官培養(yǎng)則廣泛應(yīng)用于其他類型研究。例如，野生型和轉(zhuǎn)基因小鼠的腸隱窩可進(jìn)行類器官培養(yǎng)，并作為一種新型的“細(xì)胞系”廣泛應(yīng)用于基礎(chǔ)研究中。此外，從隱窩培養(yǎng)腸道類器官是研究營(yíng)養(yǎng)和藥物攝�。⊿ato and Clevers, 2013b）以及腸促胰島素激素分泌的最佳模型（Zietek et al .,2015 )。使用標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備在幾小時(shí)內(nèi)即可實(shí)現(xiàn)以腸隱窩為基礎(chǔ)的類器官培養(yǎng)，商業(yè)化即用型培養(yǎng)基也使得類器官培養(yǎng)更加容易。

廈門�；镄∈笮∧c類器官培養(yǎng)基套裝是一款用于建立和維持小鼠腸道成體干細(xì)胞來源小腸類器官的完全培養(yǎng)基。生長(zhǎng)在該完全培養(yǎng)基中的小鼠小腸類器官主要由干細(xì)胞、腸祖細(xì)胞和腸絨毛細(xì)胞、潘氏細(xì)胞、杯狀細(xì)胞和少量腸內(nèi)分泌細(xì)胞組成，在自我更新能力、組織結(jié)構(gòu)、細(xì)胞類型和功能方面，小鼠小腸類器官重現(xiàn)了體內(nèi)小腸上皮的特征。

�；镄∈笮∧c類器官專用培養(yǎng)套裝

 

參考文獻(xiàn)