在三维纤维蛋白水凝胶中形成功能性人胸腺类器官
2024年10月4日
本文介绍了一种在三维纤维蛋白水凝胶中培养人诱导多能干细胞来源的胸腺类器官的方案，旨在支持胸腺上皮细胞（TEC）的成熟与长期维持，以及体外胸腺生成。
我们正致力于研究负责自我耐受和自身免疫的机制，特别是空气在胸腺上皮细胞向发育中的胸腺细胞呈递自身抗原过程中所起的作用。我们的研究在自身免疫性疾病、器官移植和癌症的细胞治疗背景下具有应用价值。我们的系统可生成胸腺类器官，其形成和接种方式能够重现对维持和成熟胸腺上皮细胞至关重要的生物学和机械信号。
这些细胞对于支持胸腺共生至关重要，可在该系统中维持长达六周。我们的研究结果有助于开发更优的体外T淋巴细胞生产技术，在科研和细胞治疗领域具有广泛的应用前景。随着研究的深入，我们希望为阐明自身耐受与自身免疫的潜在机制提供进一步的见解。
我们目前正进一步表征类器官的细胞组成与结构，目标是探索r基因在调控胸腺细胞抗原表达中的作用，并建立自身免疫性疾病发作的研究模型。开始时将凝血酶和抑肽酶置于冰上解冻，同时将纤维蛋白原小瓶放入37摄氏度水浴中。使用移液器在生物安全柜中将其混匀。
然后使用无菌镊子将插入物放入培养板的孔中，确保板上至少留有一列或一行为空。向一个0.25毫升的离心管中先加入所需体积的纤维蛋白原和抑肽酶。接着，将凝血酶加入该管中，并迅速冲洗两次，注意避免产生气泡。
吸取管内的全部内容物。将移液枪垂直置于小室中央上方，轻柔冲洗试剂混合物，避免产生气泡。在37摄氏度下孵育至少一小时，直至混合物凝固并变为不透明的白色。
进行类器官接种时，在显微镜下确认微组织形成具有致密核心并被低密度早期胸腺前体细胞晕环包围的球形细胞团。剪去P200吸头尖端，并用抗黏附溶液冲洗。将培养板倾斜至接近垂直的位置，从孔底吸取细胞团。
将样品轻轻放置于水凝胶顶部，避免接触凝胶。在显微镜下检查，确保无类器官残留在孔板孔内。然后缓慢加入四分之一体积的培养基至水凝胶顶部，避免触碰凝胶，再将剩余的四分之三体积培养基加入孔底部。
向空的培养孔中加入一毫升 PBS，以维持培养板内的湿度，并在 37°C、5% 二氧化碳条件下孵育。类器官在水凝胶中形成球形至椭圆形结构，有时会融合形成更大的结构。
概述
本研究提出了一种在三维纤维蛋白水凝胶中生成人诱导多能干细胞来源胸腺类器官的实验方案。其目标是支持胸腺上皮细胞的成熟，并促进体外胸腺生成。
关键研究组成部分
科学领域
- 神经科学
- 细胞生物学
- 免疫学
背景
- 理解自身耐受与自身免疫对于治疗进展至关重要。
- 胸腺上皮细胞在向发育中的胸腺细胞呈递自身抗原过程中发挥关键作用。
- 胸腺类器官可用于模拟胸腺环境，服务于研究目的。
- 目前体外T淋巴细胞生成的方法仍需改进。
研究目的
- 建立一种可靠的胸腺类器官培养系统。
- 研究自我耐受与自身免疫的机制。
- 探讨r基因在调控胸腺抗原表达中的作用。
使用的方法
- 制备用于类器官培养的纤维蛋白水凝胶。
- 将胸腺前体细胞接种至水凝胶中。
- 在可控条件下孵育以促进类器官形成。
- 显微镜下分析以确认类器官发育情况。
主要结果
- 胸腺类器官在维持长达六周的时间内仍保持结构完整性。
- 类器官形成了从球形到椭圆形的结构，表明成熟过程成功。
- 研究结果有助于改进T淋巴细胞的生产技术。
- 对类器官的表征揭示了其细胞组成的深入信息。
结论
- 该研发的方案有助于加深对胸腺生物学的理解。
- 胸腺类器官是研究自身免疫的重要工具。
- 未来的研究将聚焦于进一步表征类器官的功能特性。
常见问题
行业重要性概述
在体外重建人类胸腺微环境，解决了基于免疫学的药物发现中模拟T细胞发育和自身耐受性的一个关键瓶颈。基于三维纤维蛋白水凝胶的胸腺类器官系统能够可扩展地、功能性地重现胸腺上皮细胞（TEC）的生物学特性，为早期免疫调节和细胞治疗研究提供可预测的信心。该平台通过提供一个生理相关性强、可重复的机制性去风险模型，推动了针对自身免疫性疾病、移植耐受以及T细胞工程的项目组合策略发展。
生物制药研发中的战略应用
早期发现与靶点验证
- 可在受控且与人类相关联的系统中研究自身耐受机制和抗原呈递过程。
- 支持对胸腺上皮细胞（TEC）驱动的T细胞选择与成熟通路进行功能验证。
- 有助于对参与自身免疫和免疫耐受的相关靶点进行机制层面的风险评估与规避。
- 为胸腺生物学中基因功能的假设驱动型研究提供了平台。
筛选与检测方法开发
- 建立了一种可重复、可放大的TEC与胸腺细胞共培养的三维培养系统。
- 提供关于类器官形成、细胞组成及T细胞生成的定量输出结果。
- 可实现免疫细胞分化检测在化合物或基因筛选中的标准化。
- 支持在生理相关背景下对免疫调节剂进行下游评估。
转化与临床前研究
- 与自身免疫性疾病建模及移植耐受的相关疾病模型相一致。
- 实现了从发现阶段的机制性研究到免疫干预临床前验证的连贯性。
- 支持对细胞治疗和免疫调节候选药物进行风险调整后的推进。
- 支持在人源类器官系统中开展转化生物标志物的探索。
流程与工作流整合
这种三维胸腺类器官模型融入了从发现到临床前研究的连续过程，架起了早期机制研究与转化免疫研究之间的桥梁。
- 发现生物学：促进对自身耐受、抗原提呈和胸腺上皮细胞功能的假设验证。
- 筛选：提供标准化、可扩展的免疫细胞分化与功能检测体系。
- 分析：实现对类器官结构、细胞组成及T细胞输出的定量评估。
- 转化研究：将体外研究结果与疾病相关的免疫调节及生物标志物策略相联系。
- 企业级复用：为多种免疫学研究和细胞治疗开发项目提供可重复使用的平台。
运营与企业影响
- 科学价值：提高免疫靶点验证和机制去风险的预测可信度。
- 操作价值：提供标准化、可重复且可扩展的3D培养工作流程。
- 战略价值：优化免疫调节和细胞治疗产品组合的立项/终止决策。
- 组合影响：实现对免疫和再生医学资产的风险调整后优先排序。
实施注意事项
- 需要具备干细胞分化、三维培养和免疫细胞生物学方面的专业知识。
- 需要具备专业的细胞培养设施和分析显微镜的使用条件。
- 要求跨团队标准化操作，以确保实验可重复性和数据可比性。
- 可能需要根据不同的供体来源或疾病模型进行适应性调整。
- 实际限制因素包括胸腺上皮细胞（TEC）的稀有性及其对微环境信号的高度敏感性。
