Органоиды

Обзор

Органоиды выращиваются из плюрипотентных или ткане-резидентских стволовых клеток в условиях, которые определяют дифференцировку и самоорганизацию. Они не воссоздают целый орган, но могут моделировать эпителиальную архитектуру и программы развития более реалистично.

Технические основы

Органоидное образование опирается на компетенцию стволовых клеток, градиенты морфогенов и обратную связь между клетками или матрицами клетки (клеточной клеткой), которые позволяют популяциям нарушать симметрию. Органоиды взрослых стволовых клеток часто поддерживают тканеспецифические эпителиальные линии, тогда как плюрипотентные клетки могут пересекать эволюционные пути в направлении идентичности мозга и почек. Сигналы WNT, BMP и FGF активируются или ингибируют в синхронизированных комбинациями. Внеклеточный матрикс обеспечивает биохимические лиганды и механическое сопротивление, но обычно используемые матрицы животного происхождения различаются между партиями.

Как это работает

Клетки встроены во внеклеточный матрикс или каркас и подвергаются воздействию сигналов фактора роста, которые имитируют пути развития. Локальные взаимодействия генерируют пространственное паттернирование и специализированные типы клеток. Исследователи анализируют морфологию, функцию и одноклеточные молекулярный профиль с последующим сравнением культуры первичной ткани.

Методы измерения и исследования

Валидация сравнивает органоиды с эталонной тканью, используя гистологию . электрофизиология барьерных анализов и одноклеточных или пространственных омиков Линейный анализ отслеживает отношения развития, и возмущения могут использовать CRISPR . патогены или кандидатные препараты Репликационные культуры должны охватывать независимые дифференциации, доноров и матричные партии потому что многие клетки из одного органоида не являются независимыми биологическими репликациями. Микрофлюидная перфузия, интерфейсы с жидким воздухом и системы орган-на чипе улучшают доставку питательных веществ. Исследования лекарственных средств должны измерять проникновение, метаболизм и токсичность препарата в организме человека; они не предполагают того факта что концентрация in vitro воспроизводит системное воздействие.

Ключевые идеи

• Органоид — это модель с определенной точностью, а не миниатюрный полный орган.
• Матрица и вариация протокола могут изменить идентичность ячеек.
• Сосудистые, иммунные и нейронные компоненты часто требуют целенаправленной совместно-культурной или инженерно.

Современные исследовательские границы

Граница включает васкуляризированные и иммунокомпетентных культур, ассемблоиды которые соединяют региональные модели с биопечатными каркасами. Органоиды опухоли, полученные от пациента поддерживают функциональное тестирование лекарств . в то время как органиды с коррекцией генов исследуют регенеративную трансплантацию Долгосрочное созревание и воспроизводимое увеличение остаются трудными, потому что диффузионные пределы создают гипоксию. Исследователи заменяют неопределенные матрицы синтетическими гидрогелями и общими стандартамами качества. Этичное управление должно развиваться для сложных нейронных органоидов, эмбрионоподобной модели и биобанка с учетом согласия доноров; геномная конфиденциальность коммерческого использования.

Почему это важно

Органоиды позволяют изучать развитие человека, инфекцию и наследственные заболевания (наследственное заболевание), рак или реакцию конкретного пациента с лекарственными средствами при одновременном уменьшении зависимости от некоторых экспериментов над животными. Биобанки могут сохранять различные геноты для воспроизводимых сравнительных исследований.

Пределы и открытыые вопросы

Многие органоиды остаются незрелыми, плохо васкуляризированными и переменным между партиями. Культурные матрицы могут быть химически неопределенными, воздействие наркотиков отличается от живой ткани и все более сложные нейрональные или репродуктивные модели вызывают этические вопросы о согласии.