类器官培养全周期记录研究方法分享
2024-01-09 来源: 点击次数:1131
类器官培养实验的常用方法是使用显微镜拍摄，该方法需要将类器官频繁拿出培养箱，影响类器官培养环境。那么有什么新的方法可以弥补这种不足呢？本文介绍了一种新方法-使用活细胞成像系统，置于培养箱内实时动态成像，监测类器官变化情况。我们分析了新方法对比常用方法的优势，同时列举了几篇活细胞成像分析系统应用在类器官培养实验的高分文章，这些文章发表于《Bioactive Materials》、《Advanced Science》、《Cell Reports》等期刊。该方法获得了科研人员的认可，在类器官培养实验中被广泛使用，新方法的可靠性得到了证实。
近年来，类器官（Organoids）引起了大家的广泛关注。类器官是指利用成体干细胞或多能干细胞进行体外三维（3D）培养而形成的具有一定空间结构的组织类似物，能在体外模拟人体器官结构和功能。
已被开发出来的类器官包括小肠、胃、肺、大脑、肝脏、胰腺、肾脏、心脏、、卵巢等。随着多种类器官的问世，类器官已经被逐渐应用于精准医疗、疾病建模、药物筛选、基因编辑、再生医学、胚胎发育等各种领域，在人类疾病和生物医药方面展现出巨大的应用潜力。
类器官培养实验操作步骤：
1.选取适当的细胞株：根据研究需要选取合适的细胞株。一般来说，类器官培养中选择的细胞株应具有较好的生长能力、易于培养和容易形成球体等特点。
2.培养细胞：将选定的细胞株在含有类器官培养液的培养皿中培养，直至其生长到合适的密度。
3.形成类器官：将细胞转移到低附着性的培养皿中进行类器官培养。一般来说，可以使用含有低浓度琼脂的培养液，使细胞自由生长并形成球体。
4.处理类器官：根据研究需要，可对形成的球体进行处理。例如，可以添加药物或改变培养条件，观察其对类器官的影响。
5.观察类器官：使用显微镜等仪器观察类器官的形态和状况。可以通过染色等方法进一步研究其细胞和功能。
6.记录结果：对观察的结果进行记录，便于后续分析。
类器官培养实验虽已形成了一定的操作规范流程，但在类器官的培养观察过程中仍存在一定的难点：
人工在显微镜下拍摄类器官图像，耗时耗力；
频繁拍摄图像过程中会影响类器官培养环境；
孔板内各孔的类器官培养情况无法全面呈现；
光学显微镜观察类器官获得的数据分析有限。
奎克泰生物的JuLI™系列实时活细胞成像分析系统能够为类器官实验提供所需要的工具。无需复杂人工操作，省时省力；无需频繁取出样本影响稳定生长环境；可全面呈现类器官培养情况；可获取大量数据进行分析。
JuLI™ Stage活细胞成像分析系统能够放置于培养箱内，具有全自动X-Y-Z轴、三色荧光、自动/手动对焦、Z-Stack、图像拼接等功能。可以对类器官进行实时观察，拍摄记录生长周期的全过程，在保持类器官生长环境稳定的情况下，同时对类器官拍照，形成视频，提供类器官培养实验的量化结果。
JuLI™ Stage拍摄类器官实验流程：
以下来自世界各地知名机构发布的3篇文章中，均为使用JuLI™系列活细胞成像分析系统做的类器官培养实验：
1.犹他州立大学生物工程系的研究团队在《Bioactive Materials》期刊发表题为“A matrigel-free method to generate matured human cerebral organoids using 3D-Printed microwell arrays”的文章，研究人员开发了一种基于3D打印的新型微孔培养平台，该平台不使用基质胶或外部信号分子（如SMAD和Wnt抑制剂）。利用人类多能干细胞（iPSCs）培养脑类器官，使用JuLI™ Stage活细胞成像分析系统记录的对照组（CON）和微孔组第7天拟胚体（EB）的代表性明场图像（三种几何形状（LRC、HRC、HRF）和两种涂层（mPEG、Lipidure）），结果表明mPEG材料性能优于Lipidure。此外，使用JuLI™ Stage活细胞成像分析系统在第7天、12天、15天、20天对脑类器官进行成像，结果显示脑类器官的生长和折叠过程。
2.韩国大学医学院生物医学科学系的研究团队在《Advanced Science》期刊发表题为“Symmetry Breaking of Human Pluripotent Stem Cells (hPSCs) in Micropattern Generates a Polarized Spinal Cord-Like Organoid (pSCO) with Dorsoventral Organization”的文章，研究人员为了解神经发育过程中细胞模式和轴形成的生物学原理，提供了一种简单可控的生成空间有序的类器官的方法。利用人多能干细胞（hPSCs）培养模拟对称断裂，产生具有自组织的背腹侧组织的极化脊髓类器官（pSCOs）。用10 μM SB和3 μM Chir处理人胚胎干细胞（hESC），使用JuLI™ Stage活细胞成像分析系统监测类器官形成情况，结果表明hESC集落的中心部分明显突出，在形态上类似于“发芽”。
3.纽卡斯尔大学生物医学科学与药学院的研究团队在《Cell Reports》期刊发表题为“Cell Lineage Tracing Identifies Hormone-Regulated and Wnt-Responsive Vaginal Epithelial Stem Cells”的文章，研究人员使用单细胞RNA测序（RNA-seq）来定义阴道上皮细胞中不同的细胞群并开发了阴道类器官。在该研究中，使用了JuLI™ Stage活细胞成像分析系统对小鼠阴道上皮细胞进行类器官成像，使用单个小鼠阴道上皮细胞培养类器官。使用JuLI™ Stage活细胞成像分析系统对第1、2、4、7、14、21天进行成像。结果表明，在第7天，类器官的中心形成了一个分化的基底上细胞层 (箭头所指) ，培养到第21天，管腔内充满粘液分泌物。
更多使用案例期待您的发现！
参考文献
[1]Yang S, Hu H, Kung H, et al. Organoids: The current status and biomedical applications[J]. MedComm, 2023, 4(3):e274.（IF9.9）
[2]Chen C, Rengarajan V, Kjar A, et al. A matrigel-free method to generate matured humn cerebral organoids using 3D-Printed microwell arrays[J]. Bioactive Materials, 2021, 6(4): 1130-1139.（IF18.9）
[3]Seo K, Cho S, Shin H, et al. Symmetry Breaking of Human Pluripotent Stem Cells (hPSCs) in Micropattern Generates a Polarized Spinal Cord‐Like Organoid (pSCO) with Dorsoventral Organization[J]. Advanced Science,2023:2301787.（IF15.1）
[4]Ali A, Syed S M, Jamaluddin M F B, et al. Cell lineage tracing identifies hormone-regulated and Wnt-responsive vaginal epithelial stem cells[J]. Cell reports, 2020, 30(5): 1463-1477.e7.（IF8.8）
近年来，类器官（Organoids）引起了大家的广泛关注。类器官是指利用成体干细胞或多能干细胞进行体外三维（3D）培养而形成的具有一定空间结构的组织类似物，能在体外模拟人体器官结构和功能。
已被开发出来的类器官包括小肠、胃、肺、大脑、肝脏、胰腺、肾脏、心脏、、卵巢等。随着多种类器官的问世，类器官已经被逐渐应用于精准医疗、疾病建模、药物筛选、基因编辑、再生医学、胚胎发育等各种领域，在人类疾病和生物医药方面展现出巨大的应用潜力。
图片来源：Corrò C, Novellasdemunt L, Li VSW. A brief history of organoids. Am J Physiol Cell Physiol. 2020 Jul 1;319(1):C151-C165. doi: 10.1152/ajpcell.00120.2020. Epub 2020 May 27. PMID: 32459504; PMCID: PMC7468890.
类器官培养实验操作步骤：
1.选取适当的细胞株：根据研究需要选取合适的细胞株。一般来说，类器官培养中选择的细胞株应具有较好的生长能力、易于培养和容易形成球体等特点。
2.培养细胞：将选定的细胞株在含有类器官培养液的培养皿中培养，直至其生长到合适的密度。
3.形成类器官：将细胞转移到低附着性的培养皿中进行类器官培养。一般来说，可以使用含有低浓度琼脂的培养液，使细胞自由生长并形成球体。
4.处理类器官：根据研究需要，可对形成的球体进行处理。例如，可以添加药物或改变培养条件，观察其对类器官的影响。
5.观察类器官：使用显微镜等仪器观察类器官的形态和状况。可以通过染色等方法进一步研究其细胞和功能。
6.记录结果：对观察的结果进行记录，便于后续分析。
类器官培养实验虽已形成了一定的操作规范流程，但在类器官的培养观察过程中仍存在一定的难点：
人工在显微镜下拍摄类器官图像，耗时耗力；
频繁拍摄图像过程中会影响类器官培养环境；
孔板内各孔的类器官培养情况无法全面呈现；
光学显微镜观察类器官获得的数据分析有限。
奎克泰生物的JuLI™系列实时活细胞成像分析系统能够为类器官实验提供所需要的工具。无需复杂人工操作，省时省力；无需频繁取出样本影响稳定生长环境；可全面呈现类器官培养情况；可获取大量数据进行分析。
JuLI™ Stage活细胞成像分析系统能够放置于培养箱内，具有全自动X-Y-Z轴、三色荧光、自动/手动对焦、Z-Stack、图像拼接等功能。可以对类器官进行实时观察，拍摄记录生长周期的全过程，在保持类器官生长环境稳定的情况下，同时对类器官拍照，形成视频，提供类器官培养实验的量化结果。
JuLI™ Stage拍摄类器官实验流程：
以下来自世界各地知名机构发布的3篇文章中，均为使用JuLI™系列活细胞成像分析系统做的类器官培养实验：
1.犹他州立大学生物工程系的研究团队在《Bioactive Materials》期刊发表题为“A matrigel-free method to generate matured human cerebral organoids using 3D-Printed microwell arrays”的文章，研究人员开发了一种基于3D打印的新型微孔培养平台，该平台不使用基质胶或外部信号分子（如SMAD和Wnt抑制剂）。利用人类多能干细胞（iPSCs）培养脑类器官，使用JuLI™ Stage活细胞成像分析系统记录的对照组（CON）和微孔组第7天拟胚体（EB）的代表性明场图像（三种几何形状（LRC、HRC、HRF）和两种涂层（mPEG、Lipidure）），结果表明mPEG材料性能优于Lipidure。此外，使用JuLI™ Stage活细胞成像分析系统在第7天、12天、15天、20天对脑类器官进行成像，结果显示脑类器官的生长和折叠过程。
2.韩国大学医学院生物医学科学系的研究团队在《Advanced Science》期刊发表题为“Symmetry Breaking of Human Pluripotent Stem Cells (hPSCs) in Micropattern Generates a Polarized Spinal Cord-Like Organoid (pSCO) with Dorsoventral Organization”的文章，研究人员为了解神经发育过程中细胞模式和轴形成的生物学原理，提供了一种简单可控的生成空间有序的类器官的方法。利用人多能干细胞（hPSCs）培养模拟对称断裂，产生具有自组织的背腹侧组织的极化脊髓类器官（pSCOs）。用10 μM SB和3 μM Chir处理人胚胎干细胞（hESC），使用JuLI™ Stage活细胞成像分析系统监测类器官形成情况，结果表明hESC集落的中心部分明显突出，在形态上类似于“发芽”。
3.纽卡斯尔大学生物医学科学与药学院的研究团队在《Cell Reports》期刊发表题为“Cell Lineage Tracing Identifies Hormone-Regulated and Wnt-Responsive Vaginal Epithelial Stem Cells”的文章，研究人员使用单细胞RNA测序（RNA-seq）来定义阴道上皮细胞中不同的细胞群并开发了阴道类器官。在该研究中，使用了JuLI™ Stage活细胞成像分析系统对小鼠阴道上皮细胞进行类器官成像，使用单个小鼠阴道上皮细胞培养类器官。使用JuLI™ Stage活细胞成像分析系统对第1、2、4、7、14、21天进行成像。结果表明，在第7天，类器官的中心形成了一个分化的基底上细胞层 (箭头所指) ，培养到第21天，管腔内充满粘液分泌物。
更多使用案例期待您的发现！
参考文献
[1]Yang S, Hu H, Kung H, et al. Organoids: The current status and biomedical applications[J]. MedComm, 2023, 4(3):e274.（IF9.9）
[2]Chen C, Rengarajan V, Kjar A, et al. A matrigel-free method to generate matured humn cerebral organoids using 3D-Printed microwell arrays[J]. Bioactive Materials, 2021, 6(4): 1130-1139.（IF18.9）
[3]Seo K, Cho S, Shin H, et al. Symmetry Breaking of Human Pluripotent Stem Cells (hPSCs) in Micropattern Generates a Polarized Spinal Cord‐Like Organoid (pSCO) with Dorsoventral Organization[J]. Advanced Science,2023:2301787.（IF15.1）
[4]Ali A, Syed S M, Jamaluddin M F B, et al. Cell lineage tracing identifies hormone-regulated and Wnt-responsive vaginal epithelial stem cells[J]. Cell reports, 2020, 30(5): 1463-1477.e7.（IF8.8）
相关文章
更多 >