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Takara助力类器官培养及疾病模型研究
 
 
胚胎干细胞(ESCs)由胚胎囊胚期内细胞团分离获得,这类细胞能够自我更新并具有分化成所有(外、中、内三胚层)组织细胞的潜能。由于其多项分化潜能、免疫原性低等特点,在医学研究和应用上展现出了巨大的潜能和优势,但由于一系列的医学伦理问题,胚胎干细胞的发展也受到了阻碍。
 
随着研究的深入和发展,通过对成体细胞进行人工改造,成功获得了诱导多功能干细胞(iPSC)。诱导多功能干细胞(iPSC)通过重编程技术获得,在形态、基因表达、增殖能力、分化能力等方面都与ESCs相似的多能干细胞。iPSC的成功获得既避免了伦理争议,又保持了ESCs相似的性能,推动了各个领域的研究继续发展,比如类器官、疾病模型以及细胞治疗等多个领域。
 
类器官篇
 
药物发现和开发是一个非常昂贵和漫长的过程。从确定目标到上市,可能大约 需要花费13亿美元和12年的时间(Wouters et al. 2020)。在进入临床阶段之前,候选药物必须通过一系列广泛的电脑模拟、体外和体内测试,以确定其疗效、代谢、药代动力学毒性和安全药理学(DiMasi.2001)。然而,每十个候选药物中就有九个因低疗效或无法承受的不良反应而在临床阶段失败(Harrison 2016),药物引起的肝损伤(DILI)是导致临床试验失败和批准后撤药的常见原因。
 
目前预测DILI的方法是动物研究和体外肝毒性测试,但这些方法往往不能用于人体(Godoy et al. 2013; Lauschke et al. 2016; Lauschke et al. 2019; Bell et al. 2017)。动物对预测人类的反应作用有限,因为它们在很多方面与人类是不同的,如代谢酶的表达(Lossi et al. 2016)。体外培养的人细胞系,如HepG2,只有部分原代细胞功能,而2D原代肝细胞会迅速失去其生理功能。这些都使得药物发现和开发研究变得困难。
 
3D类器官和球状体可以很好地解决这些问题,类器官(Organoids)来源于机体自身组织或干细胞,是通过体外3D培养形成的具有原始组织及器官的三维(3D)结构模型,在组织结构、细胞类型和功能等方面与来源组织高度相似,能更好地预测临床前候选药物在人体中的疗效和毒性。iPSC可为建立这些先进的体外细胞模型提供更加广泛的细胞来源(Robinton and Daley 2013)。目前由iPS成功分化的类器官包括肝脏、胰腺、皮肤、视网膜、脑、心脏等类器官,为相关疾病研究开辟了新视野。
 
Takara使用Cellartis® human iPS cell line 18 (ChiPSC18) Kit(Code No. Y00305)及Cellartis® DEF-CS™ 500(Code No.Y30010)研究了生成肝球形的两种分化方案,可供大家参考。
 
用人iPSCs生成肝脏器官组织的Workflow。在Method1中,将单个iPSCs预培养5天后嵌入Matrigel圆顶(图A)。在Method2中,胚状体(EB)在包埋前在超低附着力U底板中形成(图B)。分化的三个阶段是内胚层诱导、肝祖细胞扩增和肝细胞成熟。(bFGF:碱性成纤维细胞生长因子;HGF:人生长因子;OSM:oncostatinM;DEX:地塞米松)。
 
疾病模型篇
 
从传染病到癌症、神经退行性疾病等,无数的国家和全球健康计划都在致力于推进我们对疾病机制的理解、开发新的治疗方法和药物发现。要实现这一目标,生成可靠且具有转化相关性的疾病模型至关重要。传统方法上,动物模型被用来模拟人类疾病,但无论种间基因差异多么微小,往往都意味着研究结果无法转化。
 
近年来,人类诱导多能干细胞(hiPSCs)已成为疾病模型研究的理想选择,这在很大程度上得益于可从健康和患病个体获得体细胞。通过CRISPR/Cas9对这些细胞进行基因编辑,可以进行各种实验,包括将假定的疾病突变引入健康细胞以了解其潜在机制,纠正不健康细胞中的突变以开发疗法,或大规模筛选新型药物。
 
 
Takara提供iPS细胞株系-iPS细胞培养-基因编辑全套解决方案-诱导分化相关试剂盒等疾病模型研究相关制品,助您解密疾病机制。
 
 
关联产品一览
 
DEF-CS系列培养基
Code No. 产品名称
Y30010   DEF-CS™ 500
Y30045   Cellartis® DEF-CS™ 500 Xeno-Free Culture Medium w/o antibiotics
 
基因编辑相关产品
Code No. 产品名称
632640/632641   Guide-it™ Recombinant Cas9 (3 μg/μl)
632678/632679   Guide-it™ Recombinant Cas9 (10 μg/μl)
T230   Recombinant Cas9 Protein GMP grade
632636   Guide-it™ Complete sgRNA Screening System
631443/631448   Guide-it™ Mutation Detection Kit
 
诱导分化相关产品
Code No. 产品名称
Y30055   Cellartis® iPS Cell to Hepatocyte Differentiation System
Y50301   MiraCell® iPS Cell to Endothelial Cell Differentiation Kit
  with DEF-CS™ 500 Culture System
631965   Pluripotency Check PCR Kit
7246   Human Mitochondrial DNA (mtDNA) Monitoring Primer Set
M226/M234   Hepatic Cell Differentiation Antibodies
 
参考文献
Wouters, O. J., McKee, M. & Luyten, J. Estimated research and development investment needed to bring a new medicine to market, 2009-2018. JAMA 323, 844–853 (2020).
DiMasi, J. A. Risks in new drug development: approval success rates for investigational drugs. Clin. Pharmacol. Ther. 69, 297–307 (2001).
Harrison, R. K. Phase II and phase III failures: 2013-2015. Nat. Rev. Drug Discov. 15, 817–818 (2016).
Godoy, P. et al. Recent advances in 2D and 3D in vitro systems using primary hepatocytes, alternative hepatocyte sources and non-parenchymal liver cells and their use in investigating mechanisms of hepatotoxicity, cell signaling and ADME. Arch. Toxicol. 87, 1315–1530 (2013).
Lauschke, V. M., Hendriks, D. F. G., Bell, C. C., Andersson, T. B. & Ingelman-Sundberg, M. Novel 3D culture systems for studies of human liver function and assessments of the hepatotoxicity of drugs and drug candidates. Chem. Res. Toxicol. 29, 1936–1955 (2016).
Lauschke, V. M. et al. Massive rearrangements of cellular MicroRNA signatures are key drivers of hepatocyte dedifferentiation. Hepatology 64, 1743–1756 (2016).
Lauschke, V. M., Shafagh, R. Z., Hendriks, D. F. G. & Ingelman-Sundberg, M. 3D primary hepatocyte culture systems for analyses of liver diseases, drug metabolism, and toxicity: emerging culture paradigms and applications. Biotechnol. J. 14, (2019).
Bell, C. C. et al. Transcriptional, functional, and mechanistic comparisons of stem cell-derived hepatocytes, HepaRG cells, and three-dimensional human hepatocyte spheroids as predictive in vitro systems for drug-induced Llver injury. Drug Metab. Dispos. 45, 419–429 (2017).
Lossi, L., D’Angelo, L., De Girolamo, P. & Merighi, A. Anatomical features for an adequate choice of experimental animal model in biomedicine: II. Small laboratory rodents, rabbit, and pig. Ann. Anat. 204, 11–28 (2016).
Robinton, D. A. & Daley, G. Q. The promise of induced pluripotent stem cells in research and therapy. Nature 481, 295–305 (2012).
 
 

页面更新:2025-02-20 10:43:41