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OTC2024类器官前沿应用与3D细胞培养论坛圆满落幕，点击图片可查看会后报告，咨询OTC2025类器官论坛请联系：王晨 180 1628 8769。 文章来源：天津医药 编者按 类器官与器官芯片作为近年来兴起的一种新型强大研究手段，在实现干细胞体外增殖与分化、模拟器官内细胞间互作方式、重现来源脏器形态学特征与功能、优化精准药物筛选方案和建立罕见病个体化治疗等方面发挥重要作用，已引起国内外研究人员、临床工作者和药物研发公司的广泛关注。目前已应用于包括肺、脑、肠在内的多种脏器的病理生理学研究与转化医学研究。未来结合工程学、基因编辑等手段进行类器官与器官芯片个性化、大规模、均质化、标准化和自动化的完善与优化将给个体化医学带来深远影响。我受《天津医药》编辑部邀约，特组织国内类器官与器官芯片研究领域的知名专家共同就肺、 脑和肠这 3种研究进展最快的类器官与器官芯片的构建及其在炎症反应、病毒感染、抗肿瘤药物筛选和罕见病等方面的应用进行阐述，并对目前关于该技术待解决的关键问题进行深入讨论。本专题旨在加深各学科基础研究、临床和药物研发同道对类器官与器官芯片的认识，共同推动该技术的深入应用，为疾病机制研究、临床诊断与目标药物发现提效增速。由于篇幅限制， 本专题未涉及包括肝、肾、胃和胰腺等其他脏器的类器官与器官芯片的研究进展， 但是这方面的研究同样值得关注。最后，本人对参与和支持本专题工作的全体作者和编审专家所付出的辛勤工作表示由衷感谢！ 01 高通量自动化类器官芯片研究进展 孟繁露， 韩益明， 修继冬， 黄建永 作者单位：北京大学工学院 摘要：类器官是利用干细胞的自更新和自组织能力在体外构建的三维多细胞培养物， 其复现了对应器官或组织的关键结构和功能特征， 为发育生物学、 再生医学、 疾病建模和药物开发等领域提供了理想的体外模型和研究平台。然而， 传统的类器官培养体系依赖于手动操作， 培养流程较为繁琐，且培养物个体差异和批次差异较大， 成为限制类器官转化和应用的重要原因之一。因此， 工程化类器官培养体系通过引入微流控芯片技术来提升类器官培养体系的通量和自动化程度， 对于实现类器官大规模、 均质化、 标准化培养具有重要意义。该文综述了高通量自动化类器官芯片的研究进展， 并探讨了类器官培养通量和标准化的主要限制性因素和潜在挑战。 02 气道类器官显微注射及极性反转模型的构建 宋立成1，张宇涵2，余忠阔1，解立新1 作者单位：1中国人民解放军总医院第八医学中心呼吸与危重症医学部；2上海交通大学医学院附属瑞金医院呼吸与危重症医学科 摘要：目的　探索通过显微注射及极性反转的方式建立高效模拟呼吸道病毒感染的新方法。方法 获取8周龄雄性C57BL/6小鼠肺组织，提取呼吸道上皮细胞，建立类器官transwell培养模型。通过改进传统显微注射平台，将绿色荧光蛋白（GFP）标记的流感病毒 PR8（GFP-PR8）定量注射入类器官内，观察类器官形态变化及紧密连接蛋白、微管蛋白的免疫荧光染色特点。通过悬浮培养的方法诱导极性内向反转为极性外向（AO），通过HE染色鉴定极性反转的形态学特点。对普通类器官及反转后类器官进行 PR8攻毒，观察感染效率及不同浓度的病毒感染下主要通路基因的表达差异。结果 普通类器官经显微注射后体积会明显增大。注射 PR8后，类器官顶端区域被感染的效率明显增高且会出现明显的损伤，表现为紧密连接蛋白及微管蛋白的蛋白表达显著下调。将类器官悬浮培养后，纤毛细胞极性随时间逐渐反转向外，于第6天起反转比例趋于稳定。反转后的类器官被病毒感染的效率显著提高，细胞损伤显著。0.01感染复数（MOI）的PR8攻毒后，AO类器官出现明显的炎症通路及分化相关基因的改变；在更高浓度PR8感染后则出现与之前相反的变化趋势。结论　极性反转和显微注射可以显著提高流感病毒对类器官的感染效率，这有助于类器官在呼吸道感染领域的广泛应用。 03 气道类器官研究哮喘中 Lkb1调控上皮再生的机制 徐桂颖1, 李玉2,3, 李雪2,3, 刘怡萌1, 陈怀永1,2,3 作者单位：1天津医科大学海河临床学院；2天津大学海河医院；3天津市呼吸疾病研究所 摘要：目的 通过气道类器官培养研究哮喘中肝激酶B1（Lkb1）调控上皮再生的机制。方法 取Lkb1f/f（对照组，10只）和Scgb1a1CreER;Lkb1f/f小鼠（Lkb1敲除组，9只），采用雾化吸入鸡卵清蛋白（OVA）的方法建立过敏性哮喘模型，收集支气管肺泡灌洗液（BALF）和肺组织，统计BALF中炎性细胞数量，肺组织切片免疫荧光染色比较钙激活氯离子通道蛋白3（CLCA3）阳性细胞数量。通过流式细胞术分选出Club细胞进行类器官培养，统计类器官的平均直径和类器官形成率，回收细胞通过实时荧光定量PCR（RT-PCR）技术检测高脚杯细胞标志物CLCA3、纤毛细胞标志物叉头框蛋白J1（FOXJ1）和Club细胞中腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）的表达水平。结果 与对照组相比，Lkb1敲除组BALF中巨噬细胞、嗜酸性粒细胞、中性粒细胞和淋巴细胞数量变化差异无统计学意义；Lkb1敲除后CLCA3阳性细胞数量减少；类器官培养结果显示敲除Lkb1后Club细胞来源的类器官平均直径减小，类器官形成率降低，纤毛细胞分化标志物FOXJ1 mRNA表达水平降低，缺失Lkb1后Club细胞表达AMPKα水平降低，且Club细胞增殖受到抑制，激活Lkb1的下游信号通路AMPK可以减弱Lkb1缺失对Club细胞再生功能的影响。结论　Lkb1通过AMPK通路促进气道祖细胞增殖。 04 小鼠小肠类器官炎症模型的构建 陈浩1,2, 李蕊1, 易菲1, 周丽3, 陈嘉琪4, 朱璠4, 管城艳4, 吴娜4,5 作者单位：1江西中医药大学药学院；2江西中医药大学附属医院药学部；3江西中医药大学计算机学院，4临床医学院；5江西中医药大学附属医院消化一科 摘要：目的 建立体外小肠类器官培养体系，探讨脂多糖（LPS）对小肠类器官生长和炎性因子分泌的影响。方法 体外无菌分离并收集C57BL/6小鼠小肠隐窝细胞团，使用类器官基质胶进行包埋，并在完全培养基的支撑下，培养形成具有小肠上皮样结构的立体多叶结构的小肠类器官。小肠类器官培养5~7 d或类器官中央区域变黑时传代，传代后3 d将小肠类器官随机分为不同质量浓度LPS组（0、150、175、200、225、250、275、300 mg/L）。在LPS诱导24 h和48 h后观察小肠类器官生长和形态特征变化；用CCK-8法检测不同时间和质量浓度LPS对小肠类器官诱导炎症后增殖活力的影响；采用酶联免疫吸附试验检测4种不同质量浓度LPS（0、175、200、225 mg/L）在不同时间对类器官培养上清液中粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子（GM-CSF）、白细胞介素（IL）-1α、IL-6、IL-10水平的影响。结果 初步构建了小鼠小肠类器官培养体系。不同时间和质量浓度LPS作用小肠类器官诱导炎症后，通过形态学观察到小肠类器官会有不同程度的膨胀和内腔凋亡现象的发生，受损的肠上皮中隐窝或肠干细胞的增殖分化和出芽数量也受到不同程度的抑制。小肠类器官在175~225 mg/L的LPS诱导24 h和48 h后，其增殖活力呈现不同程度的降低（P<0.05），但细胞活力仍大于50%。200 mg/L和225 mg/L的LPS诱导24 h和48 h后，IL-1α、IL-6和GM-CSF水平部分升高（P<0.05）；200 mg/L的LPS诱导24 h和48 h后，IL-10水平降低（P<0.05）。结论 本研究初步构建了不同质量浓度和时间的LPS诱导小肠类器官体外肠道炎症损伤模型，为今后肠道疾病的机制研究和有效药物的筛选提供了更为可靠的研究平台。 05 微乳头型肺腺癌类器官的构建及其靶向药物的筛选 姜忠敏1,2, 张春艳2,3,4, 刘敏1,2, 郑洁1,2, 李艳霞2,4, 仁青措4,5, 孟纬4,6, 刘晓智2,4 作者单位：1天津市第五中心医院病理科；2天津市早产儿器官发育表观遗传重点实验室；3天津市第五中心医院普通外科；4青海黄南藏族自治州人民医院高原特色医学研究所，5传染科，6骨科 摘要：目的 建立微乳头型肺腺癌类器官的培养方法，并开展靶向药物的筛选。方法 自确诊为微乳头型肺腺癌患者手术组织样本中提取和培养原代肺癌类器官，动态观察和记录肺癌类器官生长情况；苏木精-伊红（HE）染色法及免疫组化染色法比较肺癌类器官与亲本组织间肿瘤细胞形态及蛋白表达特征；实时荧光定量聚核酶链反应检测肺癌亲本组织和类器官中基因突变情况；基于基因检测结果挑选靶向药物并验证其体外抑瘤效果。结果 成功从微乳头型肺腺癌组织中培养出类球形肿瘤类器官，可传代至少3代。HE染色结果可见类器官中肿瘤细胞形态与亲本组织细胞基本一致；免疫组化染色结果显示肺癌类器官与亲本组织中各基因的蛋白表达水平大致相同；基因突变分析结果显示，肺癌亲本组织和类器官的突变基因结果一致，均体现为原癌基因酪氨酸蛋白激酶受体Ret（RET）融合突变。基于肺癌类器官的靶向药物筛选结果显示，凡德他尼的体外抑瘤效果最佳。结论 基于微乳头型肺腺癌类器官的药筛实验可在短时间内筛选出高效靶向药物，可使微乳头型肺腺癌患者从中获益。 06 类器官在癌症基础研究和临床转化中的应用 司吴雪蓉，蒋明 作者单位：浙江大学医学院第四附属医院遗传医学中心；浙江大学国际医学院遗传学研究所；浙江大学医学院和国家临床儿童医学中心消化科；浙江省遗传缺陷与发育障碍研究重点实验室 摘要：类器官是成体干细胞或多能干细胞体外三维培养形成具有特定结构的组织类似物，与对应的器官具有高度相似的组织特性和生理功能。肿瘤类器官能够很好地保留癌症患者体内肿瘤的组织学和突变特征，在构建肿瘤类器官样本库、重建肿瘤微环境、研究肿瘤的发生发展机制以及制定个性化治疗方案和药物筛选等方面发挥了重要的作用，但目前仍存在着一些因素限制了肿瘤类器官的进一步发展。综述类器官技术在肿瘤基础研究和临床转化中的应用及面临的挑战，并对未来肿瘤类器官的发展方向予以展望。 07 类器官在儿童遗传性疾病中的应用研究进展 雷敏1,2,3, 蔡春泉1,3,4 作者单位：1天津市儿童医院/天津大学儿童医院；2天津大学医学院；3天津市儿科研究所；4天津市儿童缺陷防治重点实验室 摘要：类器官是高度保留其来源组织器官特性的体外3D组织培养物，在生物医学领域得到了广泛的应用。类器官可以作为研究疾病的体外模型，有助于进一步了解疾病的病理生理和分子机制，为遗传性疾病的个性化治疗提供了技术支撑。该文将围绕类器官技术在儿童遗传性疾病中的应用，着重介绍其在模拟疾病模型、矫正遗传缺陷、个性化治疗方面的优势及潜在的发展前景，以期为后续研究提供参考。 08 脑类器官技术及在脑卒中治疗中的应用进展 孙可心1, 肖雨倩1, 万俊1, 陈淑颖1, 陈丽敏1, 王岩2, 白艳杰2 作者单位：1河南中医药大学；2河南中医药大学第一附属医院 摘要：脑类器官是一种由胚胎干细胞（ESCs）或诱导多能干细胞（iPSCs）诱导产生的三维神经培养物，能够模拟人脑的结构和功能。随着脑类器官培养技术的不断优化，并与器官移植、基因编辑和类器官芯片等新兴技术相结合，产生了功能性血管结构和神经回路等复杂脑组织结构，为研究人类大脑发育和疾病提供了新方法、新思路。就脑类器官技术的最新进展进行综述，阐述了其在神经系统疾病中的应用，以及在脑卒中建模和移植治疗中的进展。 专题主编 陈怀永，天津大学海河医院研究员，博士生导师，天津市肺脏再生医学重点实验室主任，中国科学院生物物理研究所博士毕业，美国杜克大学博士后。现利用类器官、疾病动物模型、临床样本和干细胞治疗手段探讨肺脏干细胞功能改变与支气管哮喘、肺纤维化和呼吸道感染发生发展的关系。主持参与国家/省部级科研项目19项，发表论文70余篇，其中SCI收录50余篇，国家授权发明专利2项，天津市科技进步二等奖2项。 学术兼职： 天津市医学会呼吸病学分会常委 中华医学会结核病学分会基础学组委员 天津市救援医学学会呼吸急救分会委员 天津市医学会结核病学分会委员 天津医学会罕见病分会委员 《天津医药》编委 END 免责声明：本文仅作知识交流与分享及科普目的，不涉及商业宣传，不作为相关医疗指导或用药建议。文章如有侵权请联系删除。 OTC2024类器官前沿应用与3D细胞培养论坛圆满落幕，点击图片可查看会后报告，咨询OTC2025类器官论坛请联系：王晨 180 1628 8769

【导读】 放疗是前列腺癌(PCa)的治疗手段，但放疗耐药严重影响其疗效。失调的RNA剪接因子广泛参与肿瘤进展。尽管如此，剪接因子在前列腺癌放射耐药中的作用在很大程度上仍未被探索。 9月17日，中山大学研究团队在期刊《Advanced Science》上发表了研究论文，题为“PTBP1 Regulates DNMT3B Alternative Splicing by Interacting With RALY to Enhance the Radioresistance of Prostate Cancer”，本研究在多个公开的前列腺癌数据库中，识别出23个在前列腺癌和相邻正常组织之间表达差异显著的剪接因子。在这些基因中，PTBP1在前列腺癌中显著上调，与高级别临床病理特征和不良预后呈正相关。功能获得和丧失实验表明，PTBP1显著增强了基因组DNA的稳定性，从而使前列腺癌细胞在体外和体内对辐射产生耐药。机制上，PTBP1与RALY相关的异染色质核糖核蛋白（hnRNP）相互作用，并调节DNA甲基转移酶3b（DNMT3B）第5外显子的剪接，从DNMT3B-S剪接到DNMT3B-L。此外，DNMT3B-L的上调导致DUSP2的启动子甲基化，进而抑制DUSP2的表达，从而增强前列腺癌的辐射耐药性。这些发现强调了剪接因子在响应放疗时诱导异常剪接事件中的作用，并指出了PTBP1和DNMT3B-L在逆转前列腺癌辐射耐药性方面的潜在作用。 https://onlinelibrary-wiley-com.libproxy1.nus.edu.sg/doi/full/10.1002/advs.202405997 背景知识 01 电离辐射通过引起基因组DNA损伤有效地消除肿瘤细胞。因此，放疗已成为治疗各种癌症，特别是前列腺癌（PCa）的广泛使用的致突变细胞杀伤治疗方法，前列腺癌是男性第二大肿瘤相关死亡原因。值得注意的是，放疗是局限性PCa的治愈性治疗，也已获准作为手术后的辅助治疗、生物化学复发后的补救治疗，甚至在存在远处转移的情况下作为姑息治疗。不幸的是，尽管放疗在治疗PCa方面取得了成功，但由于辐射耐药的出现，仍有近30-50%的患者在原发或转移部位长期复发或短期内病情恶化。因此，迫切需要阐明辐射耐药的分子机制。 选择性剪接（AS）是真核细胞中一种受到严格调控的转录后细胞过程，它增加了真核生物的蛋白质多样性。统计数据显示，人类超过95%的基因会发生AS，癌症中的AS事件比正常组织多达30%，这有助于产生参与肿瘤发生的多种基因变异。一般来说，AS的调控主要依赖于跨膜剪接因子，它们能够特异性地识别和结合内在的CIS元件。在多种人类恶性肿瘤中异常表达这些剪接因子会导致剪接重编程，从而促进肿瘤进展和包括放射耐受在内的治疗耐药。因此，有针对性地靶向异常剪接因子可能会开辟癌症治疗的新途径。然而，目前尚不清楚异常剪接和相应的剪接因子是否参与了前列腺癌的辐射耐药。 PTBP1增强PCa细胞体外增殖和放疗耐受性 02 为了确定PTBP1在PCa细胞中的功能作用，研究人员通过PTBP1-靶向siRNAs或慢病毒转染建立DU145和PC-3细胞的PTBP1敲低（KD）或过表达（OE）模型。CCK-8实验结果表明，PTBP1敲低显著抑制PCa细胞的细胞活力，而PTBP1过表达则表现出相反的效果。此外，克隆形成实验进一步强化了PTBP1的促增殖作用。同时，实验结果还表明，PTBP1在调控细胞群体处于S期方面发挥着重要作用。这些结果表明，PTBP1可能有助于细胞周期中DNA复制阶段的正常进展。 据报道，PTBP1参与DNA损伤修复，这是放射治疗耐药的主要原因之一。为了研究PTBP1在辐射响应中的潜在作用，研究人员将PTBP1敲除或过表达的PCa细胞暴露于不同剂量的辐射。克隆形成试验表明，PTBP1敲除显著降低了PCa细胞在辐射后的克隆形成，而PTBP1过表达增加了PCa细胞对辐射治疗的耐药。此外，当暴露于4 Gy的辐射时，PTBP1敲除显著增加了PCa细胞的凋亡比例，而PTBP1过表达PCa细胞在4 Gy辐射后的生存潜力大于对照组细胞。为了进一步研究PTBP1是否影响辐射诱导的基因组不稳定性，研究人员对PTBP1敲除或过表达的PCa细胞在辐射后0、1、24小时的DNA损伤情况进行了彗星试验。与对照PCa细胞相比，PTBP1-KD PCa细胞在24小时后呈现出更长的彗星尾，而PTBP1-OE PCa细胞在24小时后呈现出较短的彗星尾。同时，蛋白质免疫印迹实验分析显示，在4 Gy IR治疗后不同时间点，PTBP1敲除的PCa细胞中γ-H2AX蛋白水平升高，而PTBP1过表达的PCa细胞中该蛋白水平降低，与各自的对照PCa细胞相比。这些结果表明，PTBP1在促进PCa细胞增殖和放疗耐药方面发挥着重要作用。 PTBP1通过维持遗传稳定性来促进前列腺癌细胞对放疗的耐药 为了进一步阐明DNMT3B-L如何调控DUSP2，研究人员首先基于TCGA数据评估了DUSP2启动子和5'-上游区域的CpG甲基化状态。此外，体外实验表明，5-aza-2'-脱氧胞苷(5-Aza)是一种DNA甲基化抑制剂，可剂量依赖性地显著增加DUSP2的mRNA和蛋白质水平，进一步证实DUSP2表达可通过DNA甲基化进行调控。研究人员通过在线软件设计了一对覆盖三个CpG位点的甲基化和非甲基化引物。MSP实验结果却表明，DNMT3B-L KD显著减少了使用甲基化引物时产生的PCR产物数量，但相反地增加了使用非甲基化引物时产生的PCR产物数量。为了调查DUSP2是否对PTBP1和DNMT3B-L介导的辐射耐药产生不可忽视的影响，研究人员进行了挽救实验。结果显示，DUSP2 siRNAs显著恢复了PTBP1或DNMT3B-L KD细胞的辐射耐药。同时，DUSP2 KD显著减少了PTBP1或DNMT3B-L KD细胞中由IR引起的DNA损伤。总之，这些数据表明，PTBP1通过DNMT3B-L介导的DUSP2启动子甲基化促进PCa的辐射耐药。 研究小结 03 总之，研究人员通过系统性分析PCa中的剪接因子，识别出PTBP1为一种致癌蛋白。在RALY的帮助下，PTBP1能够与DNMT3B的前mRNA结合，驱动DNMT3B的致癌剪接切换，产生DNMT3B-L，进而诱导DUSP2的启动子甲基化，从而增强癌细胞对放疗的耐药性。 本研究为异常剪接因子调节PCa的放疗耐药机制提供了新的见解，并发现PTBP1是前列腺癌放疗增敏的潜在治疗靶点。 【参考资料】 https://onlinelibrary-wiley-com.libproxy1.nus.edu.sg/doi/full/10.1002/advs.202405997 【关于投稿】 转化医学网（360zhyx.com）是转化医学核心门户，旨在推动基础研究、临床诊疗和产业的发展，核心内容涵盖组学、检验、免疫、肿瘤、心血管、糖尿病等。如您有最新的研究内容发表，欢迎联系我们进行免费报道（公众号菜单栏-在线客服联系），我们的理念：内容创造价值，转化铸就未来！ 转化医学网（360zhyx.com）发布的文章旨在介绍前沿医学研究进展，不能作为治疗方案使用；如需获得健康指导，请至正规医院就诊。 热门推荐活动 点击免费报名 🕓 北京｜09月20日-21日 ▶ 第五届单细胞技术应用研讨会暨空间组学前沿研讨会 🕓 上海｜11月15日-16日 ▶ 2024第一届中国类器官转化医学大会 点击对应文字 查看详情