类器官(Organoids)是由干细胞或多能干细胞培养分化而形成的三维小型结构,能够在一定程度上再现真实器官的结构和功能。判断类器官的成熟程度并在适当的时候进行传代,是确保类器官实验成功的关键。本文将分享如何判断类器官的成熟性以及其传代流程。
一、判断类器官成熟的标志
1. 形态学观察
成熟的类器官通常具有均匀的大小和规则的形状。不同类型的类器官有其特定的形态特征,肠道类器官通常呈现囊状,而脑类器官则可能展现神经球状结构。通常,第12-14天的肠道类器官适合进行传代,成熟的类器官应呈现出与真实器官相似的分层或分区结构,例如肠类器官的隐窝-绒毛结构和脑类器官的皮层样分层,这些特征皆可通过显微镜观察进行判断。
2. 细胞组成
成熟的类器官应包含多种细胞类型,例如在肠道类器官中需包含肠上皮细胞、杯状细胞和潘氏细胞等。可以通过免疫荧光染色或流式细胞术检测特定细胞标志物,例如Lgr5+干细胞和MUC2+杯状细胞。此外,成熟类器官中的细胞应完成分化,表现成熟细胞的标志物(如肠类器官中的Villin和脑类器官中的NeuN),可使用蛋白质免疫印迹(WB)检测其表达情况。
3. 功能检测
可以通过检测类器官的分泌功能(如肠类器官分泌黏液、胰腺类器官分泌胰岛素),电生理活性(如对神经类器官进行膜片钳检测),以及代谢活性(如ATP生成和氧气消耗率)来评估类器官的成熟性。此外,还需验证其是否具备预期功能,例如肠类器官的CFTR活性和心脏类器官的自我跳动能力。
4. 基因表达分析
采用qPCR或RNA测序方法检测与成熟相关的基因表达水平,例如肠类器官中的分化标志物和脑类器官中的神经元特异性基因。同时,通过检测类器官的DNA甲基化和染色质状态,可以判断其与体内成熟组织的相似程度。
二、类器官传代流程
1. 判断何时进行传代
在类器官生长过程中,当其直径达到200-500μm或生长速度明显减缓时,通常需要进行传代。同时,若培养基开始变黄也表明需要传代。若类器官结构不规则或出现中心坏死,亦需尽快传代。
2. 传代步骤
收集类器官:使用移液器轻轻吹打培养基,将类器官从基质胶中释放出来,并转移至离心管中。
消化类器官:加入适量消化酶,轻轻吹打使其解离成小细胞团或单细胞,消化时间根据类器官类型和消化酶浓度调整,通常为5-15分钟。
终止消化:加入含血清的培养基终止消化反应,并用移液器轻轻吹打,使细胞团均匀分散。
离心和重悬:以300-500g的速度离心5分钟,弃去上清液,并用新鲜培养基重悬细胞团。
重新接种:将细胞团与基质胶混合,接种到预热的培养板中,待基质胶凝固后,加入类器官培养基。
培养:将培养板放回37°C、5%CO₂培养箱中继续培养。
注意事项
(1)消化时间控制:消化时间过长可能导致细胞损伤,而过短则可能无法完全解离类器官。
(2)基质胶品质:使用高品质的基质胶以确保其均匀分布。
(3)培养基优化:根据类器官的类型选择合适的培养基成分(如Wnt、R-spondin、EGF等生长因子),确保类器官能够正常分化。
(4)污染防控:在操作过程中应保持严格的无菌环境,以避免类器官的污染。
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