自 2009 年，荷兰科学家 Hans Clevers 实验室首次在体外将 Lgr5+ 肠道干细胞培养成小肠类器官，短短十几年的发展，类器官（Organoid）火爆科研圈，成为炙手可热的体外模型系统。
类器官是体外培育的 3D 迷你器官，能高度模拟体内组织器官的结构和功能。可以来源于组织或胚胎干细胞（ESCs）/诱导多能干细胞（iPSCs）。作为体外模型系统，类器官可用于解析遗传发育、建立疾病模型、筛选药物和检测毒性以及探索个性化医疗方案。
目前，已成功培育出脑、结肠、内耳、小肠、肾脏、肝、肺、胰腺等不同器官的类器官，其培养条件及方法各不相同。详情请参考文末对不同类器官培养的优化建议，同时可扫码申请基质胶技术指南，其中指导了四种基质胶培养方案。
类器官神通：新冠患者的「替身」
在新冠肆虐的 2020 年，类器官技术成为验证病毒感染机理和寻找有效治疗方法的重要工具之一。两个著名的研究团队分别使用成体干细胞和 ESCs/iPSCs 构建类器官模型来完成相应研究。
类器官研究开山鼻祖 Hans Clevers 在 Science 的一项研究中，采用 R&D Systems ® 的 Cultrex® BME 基质胶从人的小肠成体干细胞培养出小肠类器官，并证明 SARS-CoV 和 SARS-CoV-2 可以有效感染小肠类器官。证明类器官能够准确模拟宿主组织，用于研究冠状病毒的传播机制，为病毒的控制及检测提供有力工具[1]。
康奈尔大学陈水冰、西奈山 Icahn 医院 Benjamin R. tenOever、哥伦比亚大学 David D. Ho 等团队在 Cell Stem Cell 杂志上合作发表的一项研究中，通过分化 hPSCs 得到了来源于三胚层的不同的细胞或类器官：
中胚层的内皮细胞、心肌细胞、巨噬细胞、小胶质细胞；
内胚层的胰腺内分泌细胞和肝脏类器官；
外胚层的皮质神经元和多巴胺神经元。
将这些不同组织的细胞/类器官感染 SARS-CoV-2 病毒，发现其对 SARS-CoV-2 表现出不同的易感性。研究发现，胰腺 α 和 β 细胞、肝脏细胞、心肌细胞和多巴胺神经元细胞对于 SARS-CoV-2 病毒是易感的。这些类器官的感染情况与从 COVID-19 病人的尸检样本中发现的相似，证明类器官模拟了 COVID-19 病人对 SARS-CoV-2 感染的免疫反应，可以进一步用于病理研究和药物筛选。
本文中使用了 R&D Systems® 的 FGF-4、EGF、Noggin、BMP-4、FGF-10 和 Wnt-3A 来培养多能干细胞及分化培养出不同组织的细胞/类器官[2]。
备受青睐的类器官培养细胞因子
类器官培养中最经典的细胞因子培养方案为 WNER（分别代表：Wnt-3a、Noggin、EGF 和 R-Spondins），这 4 种因子的增减组合可以适用于几乎所有的类器官培养实验，而这些因子的高活性、批次间稳定和无污染也是类器官实验成功的关键。
R&D Systems® 的这 4 种因子秉承一贯的高品质，广受各位研究者的青睐：
Wnt-3a（Cat #5036-WN）及 Wnt 家族其他蛋白是 2020 年盖得奖得主 Dr. Roel Nusse 发现并纯化而得，R&D Systems® 取得相关技术专利的独家授权。
在 Hans Clevers 实验室培育出首个微型肠道类器官的 Toshiro Sato 利用 R&D Systems®的 R-Spondin1（Cat #4645-RS）培育出胃癌类器官，阐释了胃癌发生的分子机制[3]。
开创了 ESCs/iPSCs 来源的类器官培养技术的 James M. Wells 在 Nature Protocol 上推荐使用 Noggin（Cat #6057-NG）和 EGF（Cat #236-EG）等 R&D Systems® 的细胞因子来进行类器官培养。
为什么 R&D Systems® 的重组蛋白能受到这些大牛们的青睐呢？
① 首先，高活性的细胞因子能够让类器官保持良好的生长状态，且达到同样的刺激效果所需的用量更为经济。
如图 ED50 的对比：A 图使用 TOPflash beta-Catenin/TCF reporter 检测在 HEK293T 人肾脏细胞系中激活的 beta-Catenin（R-spondin 蛋白家族成员可以激活 Wnt/β-catenin 信号通路），R&D Systems® 的 Recombinant Human R-Spondin 1 是其他品牌活性的 7 倍。B 图，通过检测 Wnt-3a 诱导 MC3T3-E1 小鼠前成骨细胞的碱性磷酸酶的生成来分析其活性，R&D Systems® 的 Recombinant Human Wnt-3a 的活性是其他品牌的 2 倍以上。C 图通过检测 ATDC5 小鼠前成骨细胞中 Noggin 抑制碱性磷酸酶生成的能力来评估其活性，R&D Systems® 的 Recombinant Human Noggin 可以达到其他品牌 30 倍以上的抑制效果。
② 其次，高度的批次间稳定性，确保您的实验可重复，获得的实验结果更可靠。
重组 R-Spondin 1、R-Spondin 3 及 Wnt-3A 的多批次对比。
* 注：Hans Clevers 实验室研究提示，R-Spondin 3 (Catalog #3500-RS) 也具有不错的细胞刺激效果，为未来 WENR 体系中的应用方向[5]。
除以上三种蛋白，R&D Systems® 的重组 Noggin 蛋白也具有同样的高批次间稳定性。且采用 3 个独立批号的 Recombinant Human Noggin (Catalog #6057-NG)，观察到一致的 Noggin 抑制碱性磷酸酶生成的能力（下图 A）。
BG01V 人胚胎干细胞在含小鼠胚胎成纤维细胞条件培养基（Catalog #AR005）+ FGF basic（5 ng/mL）中培养，使用 2 个批号的重组 Noggin 蛋白和 2 个其他品牌的 Noggin 蛋白来使干细胞分化为早期神经外胚层细胞，对照细胞不使用 Noggin。
使用早期外胚层标志物 Otx2（红色）、神经外胚层标志物 SOX1（绿色）和 DAPI（蓝色）来标记，并定量检测 SOX1+簇的参数，R&D Systems® 的重组 Noggin 蛋白的作用不受批次影响，而其他两个品牌的效果差异较大。
不同类器官培养，不同实验方案
除了优秀的细胞因子可以用于类器官实验外，R&D Systems® 还有同样高品质的 Cultrex® BME 基质胶、类器官收获液、N2-Max 及 N21-Max（为 B27 和 NS21 类似添加剂）培养基添加剂和 Tocris 小分子化合物。这些产品可以组成各种类器官的培养方案，点击查看推荐的实验方案；点击查看实验操作流程。
♦ 类器官专用 Cultrex® Reduced Growth Factor BME 基质胶
多种类型的 Cultrex® BME 基质胶适用于各种 2D 和 3D 细胞培养。特别推荐 Cultrex® Reduced Growth Factor (RGF) BME Type 2 和 Type R1 来用于旺盛和可再生增殖的类器官的生长、传代和分化。Cultrex® RGF BME 适用于各种类器官，如：肺、肝、结肠、胰腺、乳腺、输卵管、肿瘤等。
使用 Cultrex® Reduced Growth Factor (RGF) BME Type 2（R&D Systems, Catalog #3533-005-02）培养的小肠类器官，图 A、B 是横结肠类器官，C、D 是回肠类器官。A、C 是明场。B，人横结肠类器官染色，标志物 E-Cadherin（绿色，R&D Systems, Catalog #AF748），MUC2（红色，Novus Biologicals, Catalog #NBP2-44431）；D，人回肠类器官染色，标志物 Aldolase B（红色; Novus Biologicals, Catalog #NBP2-15345），Cadherin-17（绿色; R&D Systems, Catalog #MAB1032）。
♦ 推荐人肝类器官试剂列表
*3533-005-02 适用于生长旺盛类器官，3433-0005-R1 适用于难生长的类器官。
A、B 图是用 Cultrex® Reduced Growth Factor (RGF) BME Type 2（R&D Systems, Catalog #3533-005-02）培养的分化和未分化的人肝类器官的明场图，推荐试剂请见上表。Recombinant Human FGF-19（R&D Systems, Catalog #969-FG）、DAPT（Tocris, Catalog #2634）和 Dexamethasone（Tocris, Catalog #1126）用于类器官分化。分别检测 albumin（C, top，红色，R&D Systems, Catalog #MAB1455）和 HNF3beta 蛋白（C, bottom，红色，R&D Systems, Catalog #AF2400）作为已分化的肝类器官标志物。
♦ 推荐人肺类器官试剂列表
*3533-005-02 适用于生长旺盛类器官，3433-0005-R1 适用于难生长的类器官
人肺类器官明场图片如左图所示，使用 Cultrex® RGF BME, Type 2（R&D Systems, Catalog #3533-005-02）培养。A、B 图采用免疫荧光染色人肺类器官中的 SOX（绿色，R&D Systems, Catalog #AF2018），Acetylated alpha-Tubulin（红色，Novus Biologicals, Catalog #NB600-567）及 CC10（绿色，R&D Systems, Catalog #MAB4218）。
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