类器官培养四大护法（一）：Wnt3a

说起Wnt3a可能很多童鞋都一脸懵逼，不知道是啥。不过对做类器官培养的人来说，Wnt3a可谓大名鼎鼎，耳熟能详。今天我们就来聊聊它。

啥是类器官？

类器官（Organoids）指利用成体干细胞或多能干细胞进行体外三维（3D）培养而形成的具有一定空间结构的组织类似物，包含其代表器官的一些关键特性。尽管类器官并不是真正意义上的人体器官，但能在结构和功能上模拟真实器官，能够大程度地模拟体内组织结构及功能并能够长期稳定传代培养。

在过去十年，干细胞研究领域取得的关键进展之一就是类器官体系的发展。此类体外培养系统包括一个自我更新干细胞群，可分化为多个器官特异性的细胞类型，与对应的器官拥有类似的空间组织并能够重现对应器官的部分功能，从而提供一个高度生理相关系统。含有成体干细胞的组织样本、单一成体干细胞或者通过多能干细胞的定向诱导分化都能够产生类器官。由于部分类器官模型系统特征是具有活性干细胞群的存在，类器官能够极大地实现扩增。例如，在5到6周的时间内，一个单一祖细胞能够产生高达1x10⁶个肝脏类器官，为研究人员提供了研究各种器官的高度可靠和可扩展的平台。

迄今为止，三个主要细胞谱系都已经发展出对组织结构进行建模的类器官培养系统。虽然不同的组织需要对应的特定培养方法，但是一般来说，将适当的多能干细胞或者特定组织的祖细胞嵌入Matrigel®或者其他适当的细胞外基质中，培养基则使用含有特定生长因子的细胞培养基模拟维持干细胞群所需的体内信号。在此生长条件下，嵌入的细胞增殖并自我组织成3D类器官结构，并在许多系统中可进行无限期传代和维持培养。此外，在传代的过程中，这些培养物显示出高度的遗传稳定性；之前的单一肝脏祖细胞经过克隆性扩增所生成的肝类器官，在经过三个月的传代后，全基因组测序显示仅出现了一个同源碱基的替换。类器官培养已用于各种组织，其中包括肠道、肝脏、胰腺、肾脏、前列腺、肺、视杯以及大脑。

类器官（图片来源：网络）

类器官的发展史

早在 20 世纪 80 年代，“organoid”一词就已经提出, 1907年，美国贝克罗莱那大学教授威尔逊发现通过机械分离的海绵细胞可以重新聚集并自组织成为新的具有正常功能的海绵有机体，是未来类器官技术发展的源头。威尔逊的研究证明了成年的有机体在无需外界帮助、无需从特定的解剖学阶段开始，也具有完整的信息并可以成功发育成新的有机体。当代类器官的发展成果，主要集中在近十余年。2009年，Hans Clevers实验室使用单个鼠LGR5+肠干细胞在体外自组织成为具有肠隐窝-绒毛结构的肠类器官，开启了类器官发展的新篇章。目前，多种脏器类器官已被成功构建，其中包括小肠、胃、结肠、肺、膀胱、大脑、肝脏、胰腺、肾脏、卵巢、食道、心脏等，不仅包括正常器官组织类器官，还有相应肿瘤组织类器官。近几年涉及类器官研究的文献数量呈直线上升趋势，其中不乏多篇CNS等各大期刊文献。

虽然类器官技术在研究界的广泛应用依然处于起步阶段，但是作为一种工具，类器官技术在研究广泛的对象方面潜力巨大，包括发育生物学、疾病病理学、细胞生物学、再生机制、精准医疗以及药物毒性和药效试验。对于这些应用以及其他应用，类器官培养实现了对现有2D培养方法和动物模型系统的高信息量的互补。此外，通过类器官繁殖的干细胞群取代受损或者患病的组织，类器官提供自体和同种异体细胞疗法的可行性，未来这一技术在再生医学领域也拥有巨大的潜力。

类器官培养必不可少的细胞因子

制备不同的类器官需要使用不同的添加物组合，即使是结构十分相近的组织，制备类器官所需的添加物组合也不尽相同。类器官培养中的“四大护法”指的是在培养过程中起到关键作用的四种细胞因子，它们对于类器官的生长、增殖和维持具有至关重要的作用。提到类器官培养中必不可少的细胞因子，就不得不说经典的四因子组合：WENR。类器官培养用经典因子方案为WENR（Wnt3a、EGF、Noggin 和 R-Spondins），这4种因子的增减组合几乎适用于所有的类器官培养实验。这些因子的高活性、高批间一致性和无污染也是类器官实验成功的关键。，今天我们重点介绍个：Wnt3a。

经典Wnt信号通路在细胞中的传导(图片来源：网络）

‌Wnt3a‌：

Wnt3a是Wnt家族中的一员，是一种可溶性的糖蛋白信号分子，属于分泌信号分子，通过旁分泌的方式发挥生物学效应，调控靶细胞的活动。Wnt3a作为一种重要的细胞因子,通过激活Wnt信号通路来调控细胞的增殖、分化与行为,在组织器官的发育与再生中发挥关键作用。它可用于构建并优化类器官结构与功能,提高其在体内成活与发挥效应的能力。Wnt3a 及Wnt家族其他蛋白参与调节细胞发育、增殖、分化、粘附、极性、细胞-细胞通信、生存和自我更新功能。

Wnt3a在类器官培养中的主要应用:

Wnt3a可用于多种类器官培养，包括：小肠、胃、肝脏、胰腺、乳腺、视网膜。

1. 通过激活Wnt信号通路来调控细胞增殖与分化。

在干细胞基础上构建类器官需要精确控制增殖和分化这两个过程。Wnt3a可用于干细胞聚集体的形态建模,促使其向预定的分化方向发展，获得功能型细胞用于构建组织器官结构。

1. 促血管生成。

在类器官培养过程中,血管发生是获取成熟三维组织结构的关键步骤之一。Wnt3a可以促进血管内皮细胞的增殖和网管形成,辅助血管生成。

1. 可用于改善干细胞在三维支架材料上的黏附和生长。

Wnt3a它可以激活细胞层面机制,促进细胞与细胞及细胞与基质的相互作用,实现在三维环境下的有序生长。

1. 可用于提高类器官在体内定植后的生存能力和功能发挥。

Wnt3a具有广泛的细胞调控作用,可用于调节T细胞亚群的定向分化,改善免疫抑制治疗的效果,提高异种器官移植的成功率等。

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