全器官组织培养

体外培养部分或完整器官常用于在各种测试条件下精确模拟组织和器官的功能。完整器官培养可能涉及对切除器官进行去细胞化 或去除细胞 ，以利用器官的天然结构。随后通过重新接种新细胞实现再细胞化。在再细胞化过程中，通常会使用专用的生物反应器 来模拟体内组织的生长环境 。本视频将介绍完整器官组织培养的基本原理，并演示实验室中的操作流程。

该过程始于获取供体器官。在此示例中，我们展示了一只猴子的供体肺。通过一种称为去垢剂灌注的方法，利用一系列冲洗步骤系统性地清除离体器官原有的细胞成分，从而获得无菌的无细胞器官基质。接下来，使用特定类型的细胞对组织基质进行再细胞化，例如已建立的干细胞系。这些细胞也可来自接受该工程化组织的个体，称为自体细胞移植。这种方法可降低排斥反应，并提高器官的生物相容性。或者，也可使用来自其他供体的细胞，称为同种异体移植。当无法从潜在受体获取足够数量的细胞时，可能需要采用此方法。细胞接种到器官上后，利用组织生物反应器刺激细胞增殖并引导组织生长。这些反应器旨在对器官进行动态培养，以模拟体内原有的微环境。例如，可将器官连接至蠕动泵，以模拟血流。现在您已了解器官培养的基本原理，接下来让我们来看一个具体操作示例——供体肺的全器官培养过程。

首先，将供体肺置于解剖托盘中，通过将一个雌性鲁尔接头插入开放的腔内来插管肺动脉。第二个雌性鲁尔接头 然后插入气管切口。磷酸盐缓冲液（PBS） 含30单位/毫升肝素和5微克/毫升硝普钠 随后注入溶液以促进血管扩张，并清除肺内滞留的空气。溶液通过自然回缩排出 并重复操作两次，以使溶液保留在肺部，溶解残留的血液。随后，切开双侧心房，并取下气管卢尔接头导管帽 以促进液体引流。继续用PBS、肝素和硝普钠溶液进行灌注 直到尽可能多地清除肺血管系统中的血液。开始脱细胞处理时，将肺组织充气并浸透去离子水。经过五次动脉和血管冲洗后，将肺组织从水中取出，并浸入一种名为Triton的去垢剂中 以尽量减少对器官基质的影响，用Triton溶液再次充盈肺部两次 在4摄氏度下孵育过夜前，肺组织用新鲜去离子水再清洗五次。孵育后，将肺组织浸入2%脱氧胆酸钠溶液中，随后再多次清洗。 用水和缓冲液进行脱细胞处理并清除细胞碎片。当器官完全清洁后，将其保存在无菌的PBS溶液中，于4摄氏度下直至使用。

为了模拟肺部的自然行为，可以使用一种专用的生物反应器，如此处所示。首先，将反应器的主腔室填充已与5%二氧化碳气氛平衡的培养基。然后安装器官。连接完毕后，盖上盖子，并使用注射器从管路中完全抽出所有空气 。随后将生物反应器转移至组织培养孵育箱中进行平衡。接下来，以大约每两分钟一次完整呼吸的频率对肺进行通气，同时通过蠕动泵以大约10毫升/分钟 的速度使培养基在血管系统中循环，总时长为30分钟。

对于气道接种，需用含有骨髓来源间充质干细胞的细胞悬液使肺组织膨胀 ，以实现肺泡的再细胞化，肺泡是肺内进行氧气与二氧化碳气体交换的部位。随后将肺组织过夜孵育 ，以使细胞附着于脱细胞基质上。过夜孵育后，重新启动通气，并在器官基质中继续培养数天，以促进细胞生长。接下来，通过蠕动泵 逐步引入内皮细胞完成血管接种，以启动小血管 的再细胞化，随后静态培养数小时 ，以促进形成结构准确的细胞化器官。再次循环培养基，并在动态条件下继续培养一周，以促进细胞生长和附着。当组织生长完成后，进行组织学分析 ，以确认间充质干细胞和内皮细胞 在器官血管系统和气道中的附着与生长情况。组织学结果显示，间充质干细胞和内皮细胞已附着于基质支架内的肺泡以及小血管结构上，呈现出类似天然肺组织的形态。

现在您已经了解了全器官培养技术，接下来让我们看看该技术在再生医学和器官替代这一主要应用领域之外的一些实际应用。全器官培养还可用于测试药物制剂或药物递送装置。例如，在这项研究中，研究人员将小鼠胚胎甲状腺组织取出并进行培养，将其作为器官模型，用以观察实验性药物制剂在器官和组织中的转运过程。这种模拟最终可能更真实地反映药物在体内器官中的转移方式。此外，全器官组织培养还可用于研究组织在不同条件下的行为特征。例如，研究人员从牛尾中获取椎间盘组织，以探究椎间盘退变的可能机制。通过使用专门设计的生物反应器 对椎间盘施加机械负荷，从而更深入地了解这些负荷如何影响退变过程。

您刚刚观看了 JoVE 关于全器官组织培养的视频。现在您应该了解如何在体外培养整个器官，以及该技术在生物工程领域的应用。感谢观看。