共培养策略在类器官研究中的应用进展_芦瑜.pdf

293欢迎关注本刊公众号中国癌症杂志2023年第33卷第3期 CHINA ONCOLOGY 2023 Vol.33 No.3综 述共培养策略在类器官研究中的应用进展芦 瑜1，席雨梦1，何晓明1，杨少坤1，张佳2，王雷3，何朝星1，向柏11.河北医科大学药学院，河北 石家庄 050017；2.石家庄市第四医院药剂科，河北 石家庄 050035；3.河北医科大学第四医院胸外科，河北 石家庄 050011摘要 类器官作为一种良好的体外研究模型，在生物医学领域中的应用越来越广泛。通过采用各种组织培养技术开发自组装的3D结构，类器官可重现器官固有结构中细胞的高度复杂性，因此被广泛用于研究调节机体发育和疾病的机制、高通量药物筛选及个性化治疗等。为更好地重现微环境内细胞间的相互作用，共培养策略已经扩展到更多的细胞类型，共培养策略的迅速发展使类器官技术的应用前景更加广阔，并为治疗人类疾病和再生医学开辟了新的道路。本文阐述共培养策略在类器官生成中的作用，并重点介绍不同细胞成分及微生物组与类器官共培养的应用，以期为构建开发具有更高体内模拟程度的类器官提供参考和帮助。关键词 共培养；类器官；疾病建模；细胞间相互作用；微环境中图分类号：R73-35+1 文献标志码：ADOI:10.19401/ki.1007-3639.2023.03.014Advances in the application of co-culture strategies in organoids LU Yu1,XI Yumeng1,HE Xiaoming1,YANG Shaokun1,ZHANG Jia2,WANG Lei3,HE Chaoxing1,XIANG Bai1(1.School of Pharmacy,Hebei Medical University,Shijiazhuang 050017,Hebei Province,China;2.Department of Pharmacy,the Fourth Hospital of Shijiazhuang City,Shijiazhuang 050035,Hebei Province,China;3.Department of Thoracic Surgery,the Fourth Hospital of Hebei Medical University,Shijiazhuang 050011,Hebei Province,China)Correspondence to:HE Chaoxing,E-mail:;XIANG Bai,E-mail:.AbstractAs a good in vitro research model,organoids are more and more widely used in the biomedical field.By developing self-assembled 3D structures using various tissue culture techniques,organoids can rebuild the high complexity of cells in the inherent structure of the organ,and are therefore unanimously used to study mechanisms regulating body development and disease,high-throughput drug screening,and personalized treatment and so on.To better recapitulate cell-to-cell interactions within the microenvironment,co-culture strategies have been extended to more cell types,and their rapid development offers broader prospects for organoids and paves the way for the treatment of human diseases and regenerative medicine.This review discussed the role of co-culture strategies in organoid generation,and focused on the application of various cellular components and microorganisms in organoid construction,thereby providing reference and help for scholars to construct and develop organoids with a higher degree of in vivo simulation.Key words Co-culture;Organoid;Disease modeling;Cell-to-cell interactions;Microenvironment基金项目：国家自然科学基金（81973251）。第一作者：芦瑜（ORCID:0000-0002-0200-7973），硕士在读。通信作者：何朝星（ORCID:0000-0001-8019-0622），硕士，高级实验师，E-mail:；向柏（ORCID:0000-0002-4789-641X），博士，教授，河北医科大学药学院药剂学教研室主任，E-mail:。类器官是由成体组织或多功能干细胞包括组织常驻成体干细胞（adult stem cell，ASC）、胚胎干细胞（embryonic stem cell，ESC）或诱导多能干细胞（induced pluripotent stem cell，iPSC）1通过体外自组织方式形成的3D培养物，与相应的器官拥有类似的空间组织结构并能够重现相应器官的部分功能，可较好地概括来源组织的特征和细胞异质性 2。因其更具有仿生294芦 瑜，等 共培养策略在类器官研究中的应用进展性的特点，被广泛用于研究调节机体发育和疾病的机制、高通量药物筛选及个性化治疗 3等方 面。人体器官均是各种细胞类型的集合体，不同细胞与周围微环境之间存在多向相互作用，参与组织形成、维持稳态和功能稳定 4。类器官模型的开发是为了克服体内研究的限制，但微环境中相关细胞成分的缺乏使其不能完全重现各种器官的整体结构和功能。鉴于重建微环境对于研究正常组织功能和疾病进展的重要性，建立生理相关模型时迫切需要一种合适的共培养体系 5。研究者利用共培养策略优化类器官共培养条件，包括添加各种细胞类型和细胞外基质（extracellular matrix，ECM），提供适当的生态位，增强类器官凝聚，并改善类器官的血管化和成熟（图1）。目前，体外类器官培养体系中的细胞类型相对缺乏，特别是免疫细胞，同时还缺乏一些重要的生理过程，包括血管化和神经支配，但细胞微阵列、蛋白质微图案化、微流体、器官芯片、生物材料支架和生物打印等多种工程工具的开发 6可更精确地控制细胞微环境，极大地促进类器官模型的应用。图1 类器官多细胞共培养示意图Fig.1 Schematic diagram of organoid multi-cell co-cultureMP:Macrophages;LC:Lymphocytes;MSC:Mesenchymal cell;FC:Fibroblasts;CAF:Cancer-associated fibroblast;EC:Endothelial cells;MO:microorganismIntestinal organoidCo-cultureOrganoidECMCo-culture ingredientsMSCLCMPFCCAFECMOLung organoidTumor organoid1 免疫细胞与类器官共培养的应用微环境中包含巨噬细胞、中性粒细胞、自然杀伤细胞和树突状细胞（dendritic cell，DC）等固有免疫细胞，以及适应性免疫细胞、T淋巴细胞和B淋巴细胞。将类器官与免疫细胞共培养可以重建体内微环境，此种共培养系统的应用目前十分广泛，详见表1。1.1 评价癌症免疫治疗效果各种免疫治疗手段有望从根本上改变癌症患者的治疗方式。抗程序性死亡蛋白-1（programmed death-1，PD-1）/程序性死亡蛋白配体-1（programmed death ligand-1，PD-L1）是阻断T细胞抑制性检查点受体中最有效的免疫疗法，然而其在大多数癌症类型中的应答率也仅为15%25%7。因此，建立可靠的体外模型来检测疗效及优化治疗方法十分必要。Chakrabarti等 8使用人源性自体胃癌类器官与患者的免疫细胞共培养作为临床前研究模型，预测PD-L1靶向治疗的有效性，以期达到提高疗效的目的。此外，类器官与免疫细胞共培养也可检测免疫检查点抑制剂（immune checkpoint inhibitor，ICI）与其他疗法联合的效果，有研究 9-10通过小鼠及人胰腺导管腺癌（pancreatic ductal adenocarcinoma，PDAC）自体类器官与免疫细胞共培养，发现利用卡博替尼去除多形核髓源抑制性细胞可优化抗PD-1/PD-L1的疗效。除ICI治疗外，类器官也广泛应用于检测其他免疫治疗的效果，包括靶向抗体、过继细胞295中国癌症杂志2023年第33卷第3期表1 免疫细胞和类器官共培养的实例Tab.1 Example of co-culture of immune cells and organoidsOrganoid typeComponents usedPlatformand matrixType of diseaseMain outcomesTreatment methodReferenceHuman-derived autologous organoidDC and the patients CD8+T cellsCell-basement membrane matrixGastric cancerPredicting PD-L1 treatment efficacy and patient prognosis in cancerImmune checkpoint8Murine and human PDAC autologous organoidCTL/MDSCMatrigelPCThe efficacy of combination therapy and targeted therapy was testedPD-1 inhibition and MDSC depletion9-10Primary organoids derived from surgical specimensT lymphocytesMatrigelCRCCEA-TCBs performance against three-dimensional tumor organoidsCEA-CD3 T cell bispecific antibody11Patient-derived organoidT cellMatrigel MelanomaTesting the migration and cytotoxic effector function of expanded T cells in patient-derived melanoma organoidAdoptive immunotherapy12An early-stage human brain organoid Embryonal CNS tumors and Zika virusMatrigel