3D培養類器官-人類疾病研究新利器
目前在癌症研究當中使用2D培養系統，大部分仍無法作為臨床試驗的理想模型，而3D培養(3D culture)系統，則可以解決這樣的瓶頸，因為3D培養能夠模擬體內組織或器官的微環境(microenvironments)、能夠表現出細胞與細胞之間的直接作用(cell-cell interaction)、基因/蛋白表現能夠更接近體內的表現、觀察臨床藥藥物抗性(drug respones)的問題、觀察細胞氧氣、養分與細胞素的訊息傳遞。
▍3D培養型態
根據細胞來源可以分化成不同種的3D結構細胞，細胞來源來自於成體幹細胞(Organ-specific adult stem cell)或多功能幹細胞(如:iPSCs, ESCs)並透過添加不同的生長因子(如:BMP, EGF, FGF等)，可將細胞發展成類器官(organoids)；若是一般的癌症疾病的研究可以利用極低貼附性表面培養盤(Ultra-Low Attachment, ULA)、凝膠(hydrogel)、透過支架(scaffold)等的方式讓細胞形成3D結構(spheroid)。
▶▶Croyez提供類器官研究相關細胞因子蛋白：
▍3D培養結構建立
那我們應該如何建立3D結構模型呢?主要可以分為三種類型，無支架(scaffold-free)、支架(scaffold-base)和混合體(hybrid)。
Scaffold-free：可以利用特殊培養盤(Ultra-Low Adherent Plate)、懸滴培養(Hanging drop)、轉瓶式生物反應器(Spinner flask bioreactor)等，使細胞自行形成球狀結構(spheroid)。
Scaffold-base：則利用天然材料(collagen, gelatin)或合成的材料(polymer)，形成凝膠狀(hydrogel)，讓細胞能夠接種在膠體裡，從而形成球狀結構。
Hybrid：3D列印結構(3D printing)、器官型培養模式(organotypic raft culture)、微流體晶片(organ-on-a-chip)等方式建立3D培養模型。
圖爾思提供Scaffold-base 3D培養試劑：
●TOOLS 3D Culture Plus Kit (#TTL-3D48)
產品特色:
- Scaffold-base原理並真實模擬in vivo生長模式
- 結構穩定不擠壓細胞骨架與胞器
- 基質快速凝膠化、品質穩定、操作便利
- 使用專用溶解配方、不影響細胞活性、收集完整spheroids
HCT116細胞培養在TOOLS 3D Culture Plus Kit，經過不同時間觀察，細胞能夠形成完整的spheroid
▍癌症腫瘤研究
為了探討因RAG1和RAG2缺陷，引起的嚴重複合型免疫缺乏症(SCID)，Cameron L. Gardner團隊，將RAG2 knock-in到iPSC，並建立人工胸腺類器官(artificial thymic organoid, ATO)，從而維持RAG2的基因表達，實驗證明利用CRISPR技術可將RAG2缺陷的細胞恢復到正常水平(1)。此外也可以利用轉染試劑(transfection reagent)，將特定的基因轉染到3D培養並以螢光顯微鏡觀察可能的蛋白表現。
▶▶Synthego提供高優質基因編輯CRISPR工具
- 擁有工程學背景與革新基因編輯工程技術
- ＞90%的高編輯效率(Editing Efficiency)
- 低脫靶效應(Off-target Effects)
- 應用細胞範圍廣(包含primary cells & stem cells)
- 提供業界最高品質、高純度sgRNA&Cas9
利用Synthego sgRNA以電穿孔將3個目標基因送入U2OS細胞，結果顯示有>90%的編輯效率。
如果有任何關於Synthego CRISPR sgRNA應用在organoid或spheroid的詳細資訊
●點我了解。
使用TOOLSFect將目標基因轉染到U87MG spheroid。並過螢光顯微鏡觀察細胞，顯示出spheroid具有高轉染效率的表現
●TOOLSFect transfection reagent (#TTM-TF01)
產品特色:
- 轉染前、後皆無須更換細胞培養基
- 產品配有獨特配方，無須額外準備其他無血清培養基作為溶液
- 經實驗證明，經轉染後的細胞存活率高
- 經多種細胞株證實，成功轉染率高
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▍蛋白質體學的研究
癌症疾病中許多上皮組織的細胞極性(Apical-basal cell polarity)的管腔(lumen)結構受到破壞，因此Li-Ting Wang團隊利用Caco2細胞建立3D管腔結構(lumen formation)，以蛋白質體學與功能驗證篩選出PARD3B、RALB 和 HRNR，能夠作為管腔形成的新調節劑(regulator) (2)。除了常見的癌症研究之外，Thayna Mendonca Avelino團隊為了了解因肥胖引起代謝失衡及相關機制研究，也可利用脂肪細胞(3T3-L1)以3D方式培養，透過LC-MS/MS分析球體與小鼠脂肪組織，而3D培養與動物組織有83%共有蛋白並發現肥胖參與的路徑有脂肪生成(adipogenesis)、 脂肪酸代謝(fatty acid metabolism)，因此3D培養能夠做為良好的模型(3)。
圖爾思提供精密的質譜分析服務(Mass Spectrometry)，並依照客戶的實驗需求，(A)給予完整的蛋白質體學分析服務，從萃取、上機、生物資訊分析，產出完整的實驗數據與(B)客製化製圖服務！
(A)
(B)
Reference:
Cameron L Gardner et al. Gene Editing Rescues In vitro T Cell Development of RAG2-Deficient Induced Pluripotent Stem Cells in an Artificial Thymic Organoid System. J Clin Immunol. 2021 Jul;41(5):852-862.
Li-Ting Wang et al. A proximity proteomics screen in three-dimensional spheroid cultures identifies novel regulators of lumen formation. Science Report. 2021; 11, 22807.
Thayna Mendonca Avelino et al. Mass spectrometry-based proteomics of 3D cell culture: A useful tool to validate culture of spheroids and organoids. SLAS Discovery. 2021; Volume 27, Issue 3, 167 - 174.
