在寻找改善和高吞吐量在体外模型、瀑样已成为一个有前途的三维细胞培养技术。1定义为一个三维的多细胞在体外组织构造,瀑样来自细胞自发自组织成适当差异化功能的细胞类型至少模仿一些器官的功能。2瀑样的形成是由信号信号在细胞外基质和介质,并受到特定的细胞类型。2与二维文化相比,瀑样合并更多的生理相关信息和cell-matrix交互,并更好地反映复杂网络的发现体内。
拥有大量的机会研究人类疾病的机制,个性化医疗、药物发现,药代动力学分析和再生医学,瀑样正在追求一系列学科。许多预测这些细胞培养模型将导致更有效的临床研究成功的翻译。在本文中,我们探索各种类型的瀑样下开发和重点的一些不同的方法在癌症研究瀑样。
从病人肿瘤生成的胶质母细胞瘤瀑样
鉴于癌症药物磨损率高,显然有一个需要更好地代表患者的临床前阶段的研究。3癌症异质性被视为传统癌症治疗的失败的主要原因,能够更仔细地检查内部和interpatient异质性是至关重要的理解癌症生物学和开发个性化的治疗。4因此,有爆炸的兴趣创建patient-derived瀑样,使患者抗癌药物测试。5在许多情况下,这可能实现,而不需要额外的侵入性程序;组织活检通常作为癌症诊断的一部分,和一个示例生成瀑样可能会被搁置一旁。
可以来源于瀑样多能干细胞(包括胚胎干细胞或诱导多能干细胞)、新生儿或成体干细胞从健康或病变组织。1、2癌症瀑样已经产生一系列人类癌症组织和细胞系包括结肠癌、胰腺癌、前列腺癌、肝癌、乳腺癌、膀胱和肺。6 - 12 今年,为首的一个研究小组Hongjun歌,佩雷尔曼医学院的神经学教授在宾夕法尼亚大学,发表了一份报告细胞详细的方法快速生成patient-derived胶质母细胞瘤瀑样。13
新鲜肿瘤标本被从患者53例产生microdissected肿瘤块能够生存,开发一个球形形态和文化不断增长至少两周(图1)。生产胶质母细胞瘤瀑样得以实现,同时保持一个高水平的相似性瀑样和他们父母的肿瘤,与特定的标记显示稳定的表达水平在长期文化(48周)。重要的是,本地保存信息交互是通过避免机械和酶的单细胞分离切除肿瘤。歌解释说,这是实现临床相关的时间表:“正常情况下,治疗胶质母细胞瘤患者手术后一个月开始。我们的想法是,在两周内可以生成胶质母细胞瘤瀑样并受测试的不同治疗策略提出个性化的治疗策略的最佳选择。”
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图1:胶质母细胞瘤瀑样一代,从新鲜肿瘤块冰冻的球形瀑样。图像使用许可雅各et al . 2020。
瀑样形成和扩张的一个担忧是潜在的可变性血清或基底膜基质存在跨批次和来源,创建变量外生因素可能导致瀑样转移。这最终妥协再现性,当前瀑样系统的主要瓶颈。2、13为了避免这种错误的来源,歌曲的小组使用一个优化和定义中没有变量因素,可以为特定的细胞群的克隆选择文化。
胶质母细胞瘤是最常见的原发性恶性脑瘤在成人中,14 和胶质母细胞瘤瀑样可供研究将目前的重要机遇,歌解释道:“他们可以用来测试不同药物基于突变肿瘤进展,概要文件和调查机制药物的敏感性和耐药性。“虽然这些预测的准确性需要验证,研究人员希望patient-derived瀑样将用于帮助肿瘤学家,加速药物发现,并导致更好的临床试验设计。
Live-Cell监控:优化工作流的先进细胞模型
随着细胞分析技术更加复杂,需要整体捕获动态,有时微妙的细胞事件变得越来越重要。通过提供实时成像数据的细胞事件没有令人不安的样本在细胞培养期间工作流,live-cell监控可以支持这些先进的优化模型。下载这个白皮书发现live-cell监测如何支持这种优化,有广泛的应用。
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了解肝癌起始通过瀑样研究
肝癌是世界第四最致命的恶性肿瘤,预后不良是很大程度上归因于诊断疾病的后期。14、15了解肝癌机制启动将改善诊断和治疗策略;然而,这是一个困难的区域研究由于缺乏合适的研究模型。肝癌瀑样将提供一个独特的机会来模仿的早期癌症在体外并可能使研究人员能够验证特定的突变是否确实能够推动肝癌起始。
要实现这个目标,文化和基因操作技术的主要人类肝细胞需要改进。这主要是通过文化的追求肝脏祖细胞或胎儿肝细胞,这促进肝癌干细胞相关的研究。16日至18日地址需要瀑样来自功能性肝细胞,研究人员在14大学、研究所和医院在中国和日本合作基因工程重组人类肝细胞。18该研究发表在自然细胞生物学成功的一代的瀑样细节,主要代表了两种类型的肝癌(肝癌:肝细胞癌和能抑制胆管癌:ICC),直接来源于人类肝细胞重新编程(hiHeps)。
作者露露太阳,上海大学的生物化学和细胞生物学研究所中国科学院概述的肝癌瀑样了:“基因畸变开始发生在癌症启动和正常细胞逐渐变成恶性的。我们模仿这个过程通过引入HCC / ICC-related慢病毒致癌基因到瀑样。致癌基因选择根据他们的突变频率在动物和以前的结果 。”Sun指出,逐步改变细胞和瀑样形态学观察在体外以及表达的变化HCC-related标记,在瀑样移植前检查他们的恶性肿瘤在活的有机体内:“我们培养这些瀑样在体外大约两周,将它们移植到免疫缺陷小鼠的肝小叶。六到八周之后,他们与肝细胞癌形成的特性。”
尽管许多致癌基因通过全基因组测序已确定,已很难确定他们是否能推动人类肝癌的起始。超微结构分析显示,原癌基因,著名的癌基因诱导HCC-initiation和一种独特的细胞表型hiHep瀑样。在这些细胞中,线粒体与内质网的膜在异常密切的联系。这种过度线粒体和内质网之间的耦合(称为老妈表型)显示促进HCC-initiation阻塞,防止对HCC进展,太阳说:“不仅在瀑样HCC-related基因的表达水平降低,但显著降低小鼠癌症形成。”
解决这些改变线粒体组织代表了一个新的潜在的肝癌治疗方法,并有可能其他人,太阳解释道:“ 恢复适当的老妈界面可能是一个有用的方法在预防c-MYC-initiated肝癌。此外,最近,越来越多的作品拍摄超微结构的改变,包括播出,在疾病过程中 - - - - - - 包括阿尔茨海默氏症和脂肪肝疾病。我们的研究结果表明,细胞器的变化之间的通信也可能导致癌症的起始过程。”
所有关于瀑样
瀑样3 d细胞集群的一个器官的结构和功能特性,并且可以产生诱导多能干细胞(万能)或成体干细胞获得从一个特定的病人。因此,瀑样可以研究药物的影响在一个特定的疾病,即使是一个人自身的疾病——它们正在改变的研究和医学。下载该电子书发现更多关于瀑样包括分析和它们是如何影响个性化医疗。
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展望未来:瀑样生物银行和努力提高再现性
瀑样有潜力成为一个强大的研究工具,跨学科和可能性已抓获想象力。“Oligocortical球状体”正在开发作为重要平台研究中枢神经系统的髓鞘形成19而 蛇的毒液腺瀑样可以帮助治疗蛇咬的发展。20.在癌症研究,瀑样似乎将继续存在,研究人员正在寻找方法以最大化这个增长领域的影响。
瀑样生物银行的发展被认为是一个关键的一步发展个性化医疗和能够更多的接触和合作研究小组。瀑样生物银行已建立的癌症,和歌曲的研究小组已经添加到列表的生成胶质母细胞瘤瀑样生物。13这些“生物银行”生活是有价值的资源,提供一个代表性的特征集合模型基本癌症研究、药物筛选和个性化医疗。21进展在这个领域还需要支持的工具和方法,可以评估瀑样成分,如使用单细胞RNA-sequencing得分瀑样再现性,忠诚和质量。22
引用:
1。 福利,k . e . (2017)。瀑样:更好的体外模型。自然方法,14(6),559 - 562。https://doi.org/10.1038/nmeth.4307
2。 Huch, M。,Knoblich, J. A., Lutolf, M. P,et al。(2017)。希望和瀑样研究的炒作。发展,144年(6),938 - 941。https://doi.org/10.1242/dev.150201
3所示。 哈钦森,L。,& Kirk, R. (2011). High drug attrition rates—Where are we going wrong?自然评论临床肿瘤学,8(4),189 - 190。https://doi.org/10.1038/nrclinonc.2011.34
4所示。 粉丝,H。,Demirci, U., Chen, P. (2019). Emerging organoid models: Leaping forward in cancer research.血液学和肿瘤学杂志》上,12(142)。https://jhoonline.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13045 - 019 - 0832 - 4
5。 Drost, J。,Clevers, H. (2018). Organoids in cancer research.自然评论癌症,18(7),407 - 418。https://doi.org/10.1038/s41568 - 018 - 0007 - 6
6。 凡德维特灵米。Francies, h。E。弗朗西斯,j . M。等。(2015)。潜在推导瀑样生物生活的结直肠癌患者。细胞,161年(4),933 - 945。https://doi.org/10.1016/j.cell.2015.03.053 \
7所示。 日本,美国F。,Hwang, C.-I., Baker, L. A.,et al。(2015)。人类和小鼠的瀑样模型导管胰腺癌。细胞,160年(1 - 2),324 - 338。https://doi.org/10.1016/j.cell.2014.12.021
8。 普佳,L。,Bareja, R., Prandi, D.,等。(2018)。罕见的前列腺癌表型患者派生瀑样模型。自然通讯,9(1),2404。https://doi.org/10.1038/s41467 - 018 - 04495 - z
9。 Broutier, L。,Mastrogiovanni, G., Verstegen, M. M.,等。(2017)。人类主要肝cancer-derived瀑样文化疾病模型和药物筛选。自然医学,23(12),1424 - 1435。https://doi.org/10.1038/nm.4438
10。 (goldman Sachs)、N。,de Ligt, J., Kopper, O.,et al。(2018)。乳腺癌的一个活的生物瀑样捕捉疾病异质性。细胞,172年(1 - 2),373 - 386. - e10。https://doi.org/10.1016/j.cell.2017.11.010
11。 李,s . H。,胡锦涛,W。,Matulay, J. T.,et al。(2018)。肿瘤进化和药物反应Patient-Derived瀑样型号的膀胱癌。细胞,173年(2),515 - 528. - e17。https://doi.org/10.1016/j.cell.2018.03.017
12。 金米。,Mun, H., Sung, C. O.,et al。(2019)。Patient-derived肺癌瀑样在体外癌症治疗的筛选模型。自然通讯,10(1),3991。https://doi.org/10.1038/s41467 - 019 - 11867 - 6
13。 雅各,F。,Salinas, R. D., Zhang, D. Y.,等。(2020)。Patient-Derived胶质母细胞瘤瀑样模型和生物概括国米和肿瘤内异质性。细胞,180年(1),188 - 204. - e22。https://doi.org/10.1016/j.cell.2019.11.03
14。 奥斯特罗姆,问:T。,Gittleman, H., Truitt, G.,等。(2018)。CBTRUS统计报告:主要大脑和其他中枢神经系统肿瘤诊断在2011 - 2015年在美国。Neuro-Oncology,20.(suppl_4) iv1-iv86。https://doi.org/10.1093/neuonc/noy131
15。 Bruix, J。,Han, K.-H., Gores, G.,et al。(2015)。肝癌:接近个性化护理。肝脏病学杂志,62年(1)S144-S156。https://doi.org/10.1016/j.jhep.2015.02.007
16。 胡,H。,Gehart, H., Artegiani, B.,等。(2018)。长期的扩张功能老鼠和人类肝细胞3 d瀑样。细胞,175年(6),1591 - 1606. - e19。https://doi.org/10.1016/j.cell.2018.11.013
17所示。 张,K。,Zhang, L., Liu, W.,等。(2018)。体外原代人肝细胞的扩张与有效的肝重新能力。细胞干细胞,23(6),806 - 819. - e4。https://doi.org/10.1016/j.stem.2018.10.018
18岁。 太阳,L。,Wang, Y., Cen, J.,等,(2019)。造型肝癌起始与瀑样直接来源于人类肝细胞重新编程。自然细胞生物学,21(8),1015 - 1026。https://doi.org/10.1038/s41556 - 019 - 0359 - 5
19所示。 Madhavan, M。,Nevin, Z. S., Shick, H. E.,et al。(2018)。在人类皮质球状体诱导髓鞘少突胶质细胞。自然方法,15(9),700 - 706。https://doi.org/10.1038/s41592 - 018 - 0081 - 4
20. 帖子,Y。,Puschhof, J., Beumer, J.,et al。(2020)。蛇的毒液腺瀑样。细胞,180年(2),233 - 247. - e21。https://doi.org/10.1016/j.cell.2019.11.038
21。 Calandrini C。,Schutgens, F., Oka, R.,et al。(2020)。童年的瀑样生物肾癌捕获和组织异质性疾病。自然通讯,11(1),1310。https://doi.org/10.1038/s41467 - 020 - 15155 - 6
22。 萨勃拉曼尼亚,一个。、Sidhom E.-H。Emani, M。et al。(2019)。单细胞普查的人类肾脏瀑样显示再现性和减少非目标细胞移植后。自然通讯,10(1),5462。https://doi.org/10.1038/s41467 - 019 - 13382 - 0
