胰腺类器官培养案例 | 人胰腺类器官培养手册
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2023-03-17
胰腺癌被誉为“癌症之王”,是消化道恶性肿瘤中预后最差的类型之一。根据《柳叶刀》数据显示,胰腺癌确诊后的五年生存率仅为10%左右,主要因其起病隐匿、早期诊断困难、治疗手段有限。因此,构建能够模拟胰腺生理特征和肿瘤发生机制的体外模型显得尤为重要。类器官技术作为近年来兴起的疾病模型和再生医学工具,为胰腺疾病研究提供了全新的平台,越来越受到科研工作者的重视。
目前,类器官培养技术已在胃、肠、肝、胆、脑等器官中取得显著进展。然而,胰腺因其兼具外分泌和内分泌功能的独特结构,类器官构建面临更大挑战。
胰腺在解剖和功能上可分为外分泌部和内分泌部:外分泌部由腺泡和导管系统构成,负责分泌消化酶;内分泌部即胰岛,承担血糖调节功能。这种双重功能特性使得胰腺类器官构建需要同时考虑不同细胞类型的发育起源和微环境需求。从疾病研究角度看,外分泌部是胰腺炎和胰腺导管腺癌(PDAC)的主要起源部位,因此在体外长期稳定维持腺泡和导管细胞表型,并构建能够模拟二者结构关系的复合型类器官,是当前该领域的技术难点与研究热点。
在来源方面,胰腺类器官既可来源于患者肿瘤组织(Patient-Derived Organoids, PDOs),也可通过人多能干细胞(hPSCs)定向分化获得。前者保留了肿瘤组织的基因突变谱和病理特征,适用于个体化药物筛选;后者提供了可再生的细胞来源,便于发育生物学研究和基因编辑操作。近年来,利用人多能干细胞诱导生成具有胎儿期外分泌特征的导管和腺泡类器官已取得重要突破,为胰腺外分泌发育机制研究及疾病建模提供了新的技术平台。以下根据文献,优化整理了从胰腺祖细胞诱导分化形成胰腺类器官的培养方法。
胰腺祖细胞由研究团队从Hues-8 细胞中提取,收集S1+4 d诱导阶段的PP2细胞团,并用TrypLE解离成单细胞。将消化的细胞以1500 rpm离心5分钟,然后用含有5%基质胶的分化培养基重悬,最终细胞密度为50000 cells/mL。将细胞悬液接种在预涂有100%基质胶的培养板中,每四天更换一次培养基,并补充5%基质胶。
对于导管细胞诱导,分化(碱性)培养基培养基中含有DMEM,1% Pen-Strep,1% B-27,10 ng/mL FGF-1,50 μg/mL抗坏血酸,1 μM A 83-01,10 ng/mL FGF-10,1 ng/mL EGF。
I 期(第0-4天)导管培养基含有碱性培养基,并添加10 μM Y-27632、50 nM SB939、3 μM IWP-2、25 nM IQ-1、50 nM iCRT14、15 ng FGF-10、10 ng/mL FGF-2、5 ng/mL EGF。
III期(第8-12天)导管培养基含有碱性培养基,并添加3 μM IWP-2、25 nM IQ-1、50 nM iCRT14,0.1 μM XAV-939。

图1.A. 导管样和腺泡样类器官诱导方案示意图 B. 16天培养期间类器官的相位对比图像(n = 3,独立培养),比例尺,50毫米

图2.DUs和ac培养16天胰导管标志物SOX9 (A)、HNF1B (B)、CAII (C)、CFTR (D)的RNA表达。

图3.免疫荧光检测sox9 (E)和CAII(F)无机物的表达
对于腺泡诱导,碱性培养基含有DMEM,1% Pen-Strep,1% B-27,10 ng/mL FGF-1,50 μg/mL抗坏血酸,1 μM A 83-01,10 ng/mL WNT1。
I 期腺泡(第 0-4 天)培养基含有碱性培养基,并添加10 μM Y-27632、3 μM SKL 2001、50 nM 地塞米松、0.3 μM CHIR-99021、50 nM XMU-MP-1、15 ng/mL WNT1、5 ng/mL FGF-2、1 ng/mL EGF、5 ng/mL FGF-10。
Ⅱ期(第4-8天)腺泡培养基含有碱性培养基,并添加3 μM SKL 2001、200 nM地塞米松、0.1μM LDN193189、50 nM XMU-MP-1。
III期(第8-12天)腺泡培养基含有碱性培养基,并添加3 μM SKL 2001、200 nM地塞米松、0.1 μM LDN193189、1 μM DBZ。
IV期(第12天)腺泡培养基含有碱性培养基,并添加0 .3 μM SKL 2001、25 nM地塞米松、0.1 μM DBZ。

图4.DUs和ac培养16天胰腺腺泡标记物PTF1A (G)、RBPJL (H)和CPA1 (I)的RNA表达


图5.免疫荧光检测类器官中PTF1A (J)和CPA1 (K)的表达
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产品名称 |
产品编号 |
规格 |
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Penicillin-Streptomycin(100×) |
100 mL |
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B-27 supplement without Vitamin A,serum free,50X |
10 mL |
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L-抗坏血酸 |
1 g/5 g |
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Forskolin |
10/50/100 mg |
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Retinoic acid(维甲酸,维A酸) |
100/500 mg/1 g |
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A 83-01 |
1/5/10 mg |
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Y-27632 |
1/5/10 mg |
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CHIR-99021 |
2/5/10 mg |
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Doxycycline (powder) |
1/5/25 g |
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Dexamethasone地塞米松 |
250/500 mg/1 g |
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LDN193189 |
5/10 mg |
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IWP-2 |
5/10/50 mg |
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SKL 2001 |
10/50 mg |
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XAV-939 |
10/25 mg |
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DBZ |
2/5/10/25 mg |
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XMU-MP-1 |
2/5 mg |
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IQ-1 |
10/25 mg |
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iCRT14 |
5/25 mg |
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SB939 (Pracinostat) |
2/5 mg |
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FGF-1 |
10/100/500 μg |
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FGF-10 |
5/100/500 μg |
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FGF-2 |
10/100/500 μg |
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EGF |
100/500 μg |
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[1] Huang L, et al. Commitment and oncogene-induced plasticity of human stem cell-derived pancreatic acinar and ductal organoids. Cell Stem Cell. 2021 Jun 3;28(6):1090-1104.e6. doi: 10.1016/j.stem.2021.03.022. Epub 2021 Apr 28. PMID: 33915081; PMCID: PMC8202734.
(本文中的实验方案基于已发表文献优化整理,内容仅供参考,实际实验条件可能因细胞系差异、实验室环境等因素需调整,建议用户在正式实验前进行预实验优化。)





