二维单层与三维类器官模型的调控策略2026-10-22 08:36:02
为进一步便于操作,3D类器官可经胰酶消化为单细胞,并接种于Transwell等具有通透性的支架上,形成具有明确顶-基底极性的二维单层上皮模型。该模型的细胞极性由细胞外基质锚定与细胞间连接共同建立和维持,若无适当物理支撑则可能导致极性紊乱。肠道类器官的分化命运并非随机,而是可通过外源性信号分子进行精确调控。其培养体系通常基于含有WNT激动剂、EGF、Noggin及RSPO的WENR培养基,以激活WNT、抑制BMP并调节Notch信号,共同维持干细胞的自我更新与分化平衡。为诱导或维持特定细胞状态,研究者常在基础培养基中添加小分子组合。例如,联合使用糖原合成酶激酶-3β抑制剂CHIR99021与组蛋白去乙酰化酶抑制剂丙戊酸,可有效促进干细胞维持未分化状态。反之,添加Notch通路抑制剂DAPT可显著促进干细胞向杯状细胞、潘氏细胞及肠内分泌细胞等分泌性细胞分化。同时,调控WNT信号强度可进一步细化分化方向,如使用WNT分泌抑制剂IWP-2可影响潘氏细胞的分化与维持,而不同信号分子的组合优化可进一步提升类器官的细胞多样性。除经典的WNT和Notch通路外,BMP信号通过下游miR-181a-5p调控肠上皮细胞增殖与分化,抑制BMP可促进干细胞维持未分化状态。
环磷酸腺苷信号参与肠道上皮的区域特化与细胞类型组成调控,其水平变化可影响肠内分泌细胞的比例。因此,通过精确操控培养条件,可获得具有预定细胞组成和功能的肠道类器官模型。肠道类器官的核心优势在于其卓越的结构与功能仿生性。结构上,它不仅重现了具有隐窝-绒毛样区域的立体架构,更重要的是模拟了体内肠上皮的关键极性:在标准3D类器官中,上皮细胞的顶膜面朝向封闭的腔内,基底面朝外。功能上,该模型能执行营养吸收、黏液分泌等核心生理活动。其屏障功能的完整性常通过检测紧密连接蛋白的表达与定位从而表征,但功能性评估的金标准仍依赖于测量跨上皮电阻值或荧光标记葡聚糖的通透性实验。
出自《肠道类器官模型在食源性致病微生物研究中的进展与挑战》作者郑军龙,付贵,张小蓝。
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