干货！小分子培养类器官方法分享

类器官培养（Organoids culture）是指利用成体干细胞或多能干细胞，通过体外三维（3D）培养，生成具有一定空间结构的组织类似物。在活性小分子、重组蛋白、培养基添加剂等物质作用下，培养得到具有某种特定器官或组织特征的微型结构，建立与体内的来源组织或器官高度相似的模型，并且能够长期稳定传代培养^[1]。

 ▲类器官生成

类器官是源自人的模型，其组织和功能更接近于生理细胞的组成和行为。类器官具有更稳定的基因组，更适合于生物转染、大规模基因组筛选或高通量药物筛选。
另外，类器官可以从单个组织或细胞中产生，有助于精准诊断和治疗。与动物模型相比，类器官模型的操作更为简便，可用于研究疾病的发生和发展机制。因此，在器官发育、精准医疗、再生医学、药物筛选、基因编辑、疾病建模等领域，类器官模型具有广泛的应用前景。

小分子在类器官培养中的常见应用

近年来，随着技术的进步，研究人员不断改进类器官培养方法，包括利用小分子化合物、重组蛋白以及特殊培养基等。尤其是小分子化合物能够模拟细胞信号通路、促进细胞发育和增殖，在类器官培养中起到了重要的作用。

小陶收集了一些类器官培养方法中涉及到的常见小分子，大家一起来看看具体的应用方法吧~

毛喉素(T2939)

腺苷酸环化酶激活剂，可以增加细胞内环磷酸腺苷（cAMP）的水平。Forskolin可以诱导多种类型细胞的分化并激活核受体PXR和FXR，具有血小板抗凝集和降压作用，与其他小分子联合使用时，可诱导成纤维细胞重编程为iPSCs。常用于神经元分化和肝脏、甲状腺、血管类器官的培养。

◆推荐使用浓度：10 μM^[2]

CHIR-99021 (T2310)

一种高选择性 GSK-3α/β抑制剂，也是一种有效的 Wnt/β-catenin 信号通路激活剂，此外，CHIR-99021能诱导细胞自噬(autophagy)，还可以增强小鼠和人类胚胎干细胞的自我更新。CHIR-99021和其他试剂结合使用，能刺激体细胞重编程为干细胞，常在 心脏、肺脏、肾脏和视网膜类器官培养中用到。

◆推荐使用浓度：2 μM^[3]

A 83-01 (T3031)

TGF-β通路抑制剂，抑制ALK5/4/7激酶活性，常被用于抑制iPSCs的分化，维持体外细胞的自我更新，在类器官培养中应用广泛，包括 胃肠道、肝脏、内耳、胰腺、前列腺、甲状腺以及乳腺类器官的培养。

◆推荐使用浓度：1 μM^[4]

注意：该产品在溶液状态下不稳定，建议现配现用。（推荐溶解浓度：5 mg加入5.93 mL的DMSO溶液溶解到2 mM，-20℃分装保存。）

SB-431542（T1726）

是一种具有选择性TGF-β I 型受体ALK5的抑制剂，对 ALK4 和 ALK7 也有一定的抑制活性。SB 431542 可以用于干细胞的诱导分化，以及 肺和内耳类器官 的培养。

◆推荐使用浓度：10μM^[5]

SB 202190（T2301）

是一种高效的p38 MAPK激酶抑制剂，靶向作用p38α/β，具有抗癌活性。SB202190可诱导人胚胎干细胞向心肌细胞分化，促进神经干细胞的自我更新，可用于 胃肠道、前列腺、乳腺类器官 的培养。

◆推荐使用浓度：10μM^[16]

Y-27632（T1870）

是ROCK-I 和 ROCK-II的抑制剂，Y-27632 2HCl（T1725）是其二盐酸盐形式，对Rock具有同样的抑制作用。Y-27632处理人胚胎干细胞，可抑制干细胞的凋亡，提高克隆效率，延长细胞的传代。Y-27632可用于多种类器官的培养，包括 胃肠道、脑、肺、前列腺、乳腺、血管、视网膜等。

◆推荐使用浓度：5-10 μM^[7]（也有文献用10mM^[8]，视情况而定）

Gastrin I, human（TP2030）

别名胃泌素1，是胃中产生的内源性肽，可以刺激胃泌酸腺区黏膜和十二指肠黏膜的DNA、RNA和蛋白质合成，从而促进黏膜细胞生长、增殖，常用于 胃肠道、肝脏、胰腺类器官 培养，尤其是在胃肠道类器官的培养过程中，添加Gastrin I可以延长类器官的存活时间。

◆推荐使用浓度：10 μM^[9] （也有文献用1nM^[10]，视情况而定）

结语

各类小分子、重组蛋白和特殊培养基等新兴培养方法为类器官培养提供了更多选择，有助于模拟生理环境中的发育和疾病过程。研究人员可以根据具体实验需求选择合适的培养方法，并结合细胞和分子水平的分析，深入探究相关组织器官的发育和疾病机制。小伙伴们在进行类器官培养过程中还会用到哪种小分子，欢迎评论区留言分享哦~

参考资料：

[1] Rossi G, Manfrin A, Lutolf MP. Progress and potential in organoid research. Nat Rev Genet. 2018;19(11):671-687. doi:10.1038/s41576-018-0051-9

[2] Sagata N, Kano SI, Ohgidani M, Inamine S, Sakai Y, Kato H, Masuda K, Nakahara T, Nakahara-Kido M, Ohga S, Furue M, Sawa A, Kanba S, Kato TA. Forskolin rapidly enhances neuron-like morphological change of directly induced-neuronal cells from neurofibromatosis type 1 patients. Neuropsychopharmacol Rep. 2020 Dec;40(4):396-400. doi: 10.1002/npr2.12144. Epub 2020 Oct 10. PMID: 33037790; PMCID: PMC7722681.

[3] Huang J, Guo X, Li W, Zhang H. Activation of Wnt/β-catenin signalling via GSK3 inhibitors direct differentiation of human adipose stem cells into functional hepatocytes. Sci Rep. 2017;7:40716. Published 2017 Jan 17. doi:10.1038/srep40716

[4] He W, Zhu X, Xin A, Zhang H, Sun Y, Xu H, Li H, Yang T, Zhou D, Yan H, Sun X. Long-term maintenance of human endometrial epithelial stem cells and their therapeutic effects on intrauterine adhesion. Cell Biosci. 2022 Oct 18;12(1):175. doi: 10.1186/s13578-022-00905-4. PMID: 36258228; PMCID: PMC9580151.

[5] Fu GB, Huang WJ, Zeng M, Zhou X, Wu HP, Liu CC, Wu H, Weng J, Zhang HD, Cai YC, Ashton C, Ding M, Tang D, Zhang BH, Gao Y, Yu WF, Zhai B, He ZY, Wang HY, Yan HX. Expansion and differentiation of human hepatocyte-derived liver progenitor-like cells and their use for the study of hepatotropic pathogens. Cell Res. 2019 Jan;29(1):8-22. doi: 10.1038/s41422-018-0103-x. Epub 2018 Oct 25. PMID: 30361550; PMCID: PMC6318298.

[6] Costa D, Venè R, Coco S, et al. SB202190 Predicts BRAF-Activating Mutations in Primary Colorectal Cancer Organoids via Erk1-2 Modulation. Cells. 2023;12(4):664. Published 2023 Feb 20. doi:10.3390/cells12040664

[7] Wu Y, Shu J, He C, et al. ROCK inhibitor Y27632 promotes proliferation and diminishes apoptosis of marmoset induced pluripotent stem cells by suppressing expression and activity of caspase 3. Theriogenology. 2016;85(2):302-314. doi:10.1016/j.theriogenology.2015.09.020

[8] Zhu Y, Wang L, Yin F, Yu Y, Wang Y, Liu H, Wang H, Sun N, Liu H, Qin J. A hollow fiber system for simple generation of human brain organoids. Integr Biol (Camb). 2017 Sep 18;9(9):774-781. doi: 10.1039/c7ib00080d. PMID: 28795726. 

[9] Bartfeld S, Bayram T, van de Wetering M, Huch M, Begthel H, Kujala P, Vries R, Peters PJ, Clevers H. In vitro expansion of human gastric epithelial stem cells and their responses to bacterial infection. Gastroenterology. 2015 Jan;148(1):126-136.e6. doi: 10.1053/j.gastro.2014.09.042. Epub 2014 Oct 13. PMID: 25307862; PMCID: PMC4274199.

[10] Mahe MM, Aihara E, Schumacher MA, Zavros Y, Montrose MH, Helmrath MA, Sato T, Shroyer NF. Establishment of Gastrointestinal Epithelial Organoids. Curr Protoc Mouse Biol. 2013 Dec 19;3(4):217-40. doi: 10.1002/9780470942390.mo130179. PMID: 25105065; PMCID: PMC4120977.