成人组织与多能干细胞的模型来源

2024 年 9 月 12 日,Frontiers in Cell and Developmental Biology 发表肠道类器官标准化与质量评价方法文章。韩国生命工学研究院(Korea Research Institute of Bioscience and Biotechnology,KRIBB)、成均馆大学(Sungkyunkwan University)等机构与企业团队提出从起始细胞到保存后复核的评价建议。

作者讨论两类主要来源:人成体干细胞(human adult stem cells,hASCs)和人多能干细胞(human pluripotent stem cells,hPSCs)。前者通常从成人肠道组织取得,后者经过发育相关分化形成肠道模型。两类模型的形成路径、成熟状态和细胞组成不同。

文章类型为 Methods,汇总了模型建立、质量评价和保存后复核的建议,并以代表性数据展示评价方法。

供者、起始细胞与培养信息

对成人组织来源模型,作者关注供者资料、采样部位、样本状态以及起始细胞是否包含其他细胞类型。成纤维细胞、血管相关细胞或血细胞混入,会影响模型组成与后续测量。

对多能干细胞来源模型,质量信息还包括细胞系身份、多能性及遗传状态。培养基质、培养阶段与传代等信息,也有助于解释不同批次的差异。

两条路径形成的组织并不完全相同。成人组织来源模型主要呈现肠道上皮组成,多能干细胞来源模型还可能包含早期间充质成分。

用形态、细胞标志与组织染色描述模型

文章将形态、细胞组成、基因组稳定性和器官相关功能列为重要质量属性。明场图像可以观察组织形状与培养变化,组织切片与染色则补充结构和黏液相关信息。

作者使用不同标志说明组成评价的思路:LGR5 与 ASCL2 对应肠道干细胞特征,MUC2 对应杯状细胞,VIL1 对应吸收性上皮细胞,CHGA 对应肠内分泌细胞。组合测量有助于辨认模型状态。

代表数据比较培养第 0 天和第 6 天的相关基因表达,并以组织染色与免疫荧光补充。

形态评价还应结合来源和成熟阶段。文中多能干细胞来源模型常见周围间充质及较复杂的芽状结构;成熟模型可进一步检查 KRT20、MUC13 等标志。作者在质量终点部分提出,吸收性上皮细胞比例至少达到 30%,同时核对其他关键细胞类型。

肠道类器官的代表性质量评价数据。A–D 包含明场图像、组织染色、相对基因表达和免疫荧光,E 比较原组织与类器官的拷贝数变异。
肠道类器官的代表性质量评价数据。A–D 包含明场图像、组织染色、相对基因表达和免疫荧光,E 比较原组织与类器官的拷贝数变异。(Hana Lee et al. / Frontiers in Cell and Developmental Biology, 2024, Fig. 2;CC BY 4.0;图像数据:NLM/PMC)窄屏可横向滑动查看完整图表。

消化酶、转运与屏障功能评价

形态和组成之外,作者建议检查消化酶、转运和屏障等肠道相关功能。乳糖酶、蔗糖酶相关指标与营养物质处理有关,MDR1、PEPT1 等转运蛋白则与物质跨上皮转运联系。

黏液分泌、通透性及离子转运等评价,也能补充模型的功能描述。例如,组织膨胀实验呈现液体或离子转运相关变化。

功能测量需要与相应细胞联系起来:肠碱性磷酸酶反映吸收性上皮细胞特征,黏液染色用于杯状细胞评价;通透性测试和 P-gp/MDR1 转运活性可分别观察屏障与外排功能。模型用于药物吸收或转运研究时,这些结果能够补充单纯的基因表达信息。

STR 身份核验与遗传稳定性分析

短串联重复序列(short tandem repeat,STR)分析用于确认细胞身份,染色体和拷贝数变异(copy number variation,CNV)分析则关注遗传状态。

论文代表图比较原组织与类器官的 CNV 结果,并记录该示例没有检出所列异常片段。

复苏后重新核对活力与模型特征

作者建议在传代期间持续监测模型状态,并在储存、复苏后重新检查活力、细胞组成、身份和相应功能。

文中建议复苏后活力至少达到 50%,并确认组织仍可继续扩增。保存后的检查还涵盖微生物污染、遗传稳定性、基因表达和增殖情况,所选项目需要与类器官类型及具体用途匹配。

持续培养期间,STR 结果应与起始代次匹配。作者也强调记录细胞或组织运输条件及稳定性,并把基质等培养组成纳入模型特征评价,使细胞来源、培养过程和最终检测结果能够对应。

来源与延伸阅读

  1. Lee H, Yang S, Lee KJ, et al. Standardization and quality assessment for human intestinal organoids. Frontiers in Cell and Developmental Biology. Published 2024-09-12. doi:10.3389/fcell.2024.1383893. ↗

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