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球狀體和類器官——你知道有什么區(qū)別嗎？
類器官和球狀體經(jīng)常被用作可互換的術(shù)語(yǔ)，特別是對(duì)剛進(jìn)入3D組織模型領(lǐng)域的人來(lái)說(shuō)。人們可能覺(jué)得這兩個(gè)術(shù)語(yǔ)意味著同樣的事情，然而，這并不準(zhǔn)確。理解兩者的區(qū)別并不復(fù)雜，因?yàn)轭惼鞴俸颓驙铙w的含義是非常直觀的。
球狀體是球形的細(xì)胞實(shí)體，通常作為自由漂浮或懸浮的聚合體生長(zhǎng)。它們通常是從細(xì)胞系或人體組織的碎片中培養(yǎng)出來(lái)。細(xì)胞在生長(zhǎng)過(guò)程中相互粘連，而不是粘在生長(zhǎng)介質(zhì)或容器的壁上。
類器官可以被描述為三維結(jié)構(gòu)，主要由單個(gè)干細(xì)胞生長(zhǎng)而成，通常是克隆性的，分化成具有器官組織的結(jié)構(gòu)單元。相反，球狀體是由不同或相同類型的細(xì)胞聚集形成的，以實(shí)現(xiàn)一種或多種器官表型。類器官可以從許多組織中培養(yǎng)出來(lái)，如腸道、視網(wǎng)膜、大腦、肝臟、肺和腎臟。
總之，類器官和球狀體的產(chǎn)生是作為體外模型，更好地模仿體內(nèi)組織的形態(tài)和生理。3D模型的zuijia選擇將始終取決于研究項(xiàng)目所需的3D模型的簡(jiǎn)單或復(fù)雜程度。
類器官和球狀體之間有什么關(guān)鍵區(qū)別嗎？
類器官和球狀體之間的關(guān)鍵區(qū)別是聚集的驅(qū)動(dòng)力。在球狀體中，由蛋白質(zhì)介導(dǎo)的細(xì)胞-細(xì)胞粘附是其穩(wěn)定性的原因。另一方面，類器官中的細(xì)胞是在干細(xì)胞分化過(guò)程中共同發(fā)育連接起來(lái)的。
各自的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)是什么？
類器官和球狀體都是研究組織對(duì)外部因素如藥物、物理刺激或病原體反應(yīng)的工具。例如，最近的一項(xiàng)研究使用來(lái)自支氣管上皮細(xì)胞的球狀體研究了環(huán)境參數(shù)，如空氣污染如何影響我們的呼吸道[1]。類器官，根據(jù)組織的類型，可以更接近于模仿體內(nèi)組織的細(xì)胞環(huán)境。然而，獲得類器官可能很困難，因?yàn)樗鼈兊谋硇秃蜕婺芰Ω叨纫蕾囉谥С制渖L(zhǎng)的培養(yǎng)基和基質(zhì)。
球狀體和類器官也常用于研究腫瘤，特別是在個(gè)性化醫(yī)療中。可以從癌癥患者身上提取細(xì)胞，然后將其培養(yǎng)成該特定癌癥的3D細(xì)胞模型。因?yàn)榘┌Y是一個(gè)遺傳上du特的實(shí)體，它對(duì)特定的藥物和治療方法有單獨(dú)的反應(yīng)。3D細(xì)胞模型可用于測(cè)試癌癥的敏感性，以幫助指導(dǎo)病人的治療。球狀體和類器官都可以用來(lái)研究微環(huán)境和模擬腫瘤的宏觀特征。
什么情況應(yīng)該使用類器官，什么情況應(yīng)該使用球狀體？
在一項(xiàng)的研究中，必須根據(jù)細(xì)胞類型、計(jì)劃的實(shí)驗(yàn)、時(shí)間和預(yù)算限制來(lái)仔細(xì)選擇模型。例如，球狀體通常不僅形成速度快，而且更容易維護(hù)。類器官通常需要特定的輔助因子來(lái)誘導(dǎo)分化，并需要特定的培養(yǎng)基條件來(lái)保證培養(yǎng)的活力；因此，它們可能是不切實(shí)際和昂貴的。類器官的表型高度依賴于用于培養(yǎng)它們的培養(yǎng)基或基質(zhì)。用于培養(yǎng)類器官的基質(zhì)通常來(lái)自于動(dòng)物組織。因此，在這些試劑的生產(chǎn)過(guò)程中，存在著明顯的批次間差異，這將極大地影響這些模型的可重復(fù)性。
如何培養(yǎng)類器官和球狀體呢？
當(dāng)嘗試創(chuàng)建3D細(xì)胞模型時(shí)，有各種不同的方法。最重要的區(qū)別是這種方法是基于支架還是不基于支架。細(xì)胞球體可以用任何一種方法生長(zhǎng)。無(wú)支架方法通常簡(jiǎn)單快捷。例如，球狀體可以以合適的速度離心產(chǎn)生[2]。另一種培養(yǎng)球狀體的方法是懸滴法。在液滴的底部，細(xì)胞開始在表面張力和重力的作用下相互粘附，形成一個(gè)球體。
利用磁力也可以形成球體。首先，細(xì)胞需要磁化，例如使用Greiner Bio-One Nanoshuttle-PL孵育過(guò)夜[2]。通過(guò)這種方式處理的細(xì)胞可以種植到帶有磁鐵的平板上，導(dǎo)致它們?cè)诖盆F上方定向組裝，并促進(jìn)快速的細(xì)胞-細(xì)胞相互作用，從而加速球體的形成。
基于支架的方法試圖通過(guò)提供細(xì)胞生長(zhǎng)的基質(zhì)來(lái)模擬自然環(huán)境和形狀。因此，基于支架的方法主要用于培養(yǎng)類器官。一些市銷的用于此目的的物質(zhì)來(lái)源于動(dòng)物的基底膜，含有多種蛋白質(zhì)，對(duì)從細(xì)胞外基質(zhì)到細(xì)胞的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)很重要，可以提供重要的刺激，特別是對(duì)體內(nèi)通常停留在基底膜上的上皮細(xì)胞。然而，直接從動(dòng)物中制備的基質(zhì)需要大量組織才能大規(guī)模生產(chǎn)，這存在一定的倫理問(wèn)題，也是批次間差異的來(lái)源，這會(huì)妨礙這些模型的可行性和可重復(fù)性。與其他商業(yè)化產(chǎn)品相比，使用磁性3D (M3D)細(xì)胞培養(yǎng)的3D模型已被證明能產(chǎn)生更復(fù)雜的細(xì)胞外基質(zhì)[3]。
參考文獻(xiàn)
Baarsma HA, Van der Veen CHTJ, Lobee D, Mones N, Oosterhout E, Cattani-Cavalieri I, Schmidt M. Epithelial 3D-spheroids as a tool to study air pollutant-induced lung pathology. SLAS Discov. 2022 Apr;27(3):185-190. doi: 10.1016/j.slasd.2022.02.001. Epub 2022 Feb 25. PMID: 35227934.
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Vu B, Souza GR, Dengjel J. Scaffold-free 3D cell culture of primary skin fibroblasts induces profound changes of the matrisome. Matrix Biol Plus. 2021 May 12;11:100066. doi: 10.1016/j.mbplus.2021.100066. PMID: 34435183; PMCID: PMC8377039.
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