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启真生物

新虫 (初入文坛)

[交流] 类器官染色与功能验证技术指南——高级功能验证

这是类器官模型价值和应用潜力的终极体现,证明其不仅“形似”,更能“神似”。

屏障功能检测:

目的: 评估具有屏障功能的类器官(如肠道、血脑屏障、肾小管)的完整性。

方法:

跨上皮电阻测量: 使用电极测量类器官单层或囊腔两侧的电阻值,高TEER值表示屏障紧密完整(常用于Transwell培养的类器官单层)。

荧光示踪剂渗透性实验: 将荧光标记的分子(如FITC-葡聚糖,分子量不同)加到腔外侧或顶端,定时检测对侧(基底侧或囊腔内)的荧光强度。渗透率低表明屏障功能好。

分泌/吸收功能检测:

目的: 评估类器官是否具有合成和分泌特定物质(激素、酶、粘液、胆汁酸等)或吸收营养物质的能力。

方法:

ELISA/化学发光/质谱: 检测培养上清液中目标分子的浓度(如肠类器官分泌MUC2、胰高血糖素样肽;肝类器官分泌白蛋白、尿素;脑类器官分泌神经递质)。

功能吸收实验: 在培养液中加入荧光标记或放射性标记的底物(如葡萄糖、脂肪酸、胆汁酸),检测类器官细胞内的摄取量。

代谢功能检测:

目的: 评估类器官(尤其是肝脏)的代谢能力(药物代谢、解毒、能量代谢)。

方法:

CYP450酶活性检测: 使用特异性底物(如CYP3A4底物咪达唑仑),检测其代谢产物生成速率。

尿素合成检测: 在含氨的培养液中孵育,检测尿素生成量。

糖原储存/释放检测: PAS染色或生化检测糖原含量。

线粒体功能检测: 使用Seahorse等仪器测量耗氧率,评估能量代谢状态。

电生理活性检测 (主要用于神经、心肌类器官):

目的: 检测神经元放电活动或心肌细胞搏动及其特性。

方法:

钙成像: 使用Fluo-4, Fura-2等钙离子荧光指示剂,通过活细胞成像观察细胞内钙瞬变,反映神经元或心肌细胞的电活动及其同步化程度。

膜片钳: 微电极直接记录单个细胞的膜电位或离子通道电流(分辨率最高,但技术难度大)。

微电极阵列: 在培养皿底部集成电极网格,非侵入性地记录类器官群体水平的场电位或动作电位发放。

药物/毒性反应测试:

目的: 验证类器官对已知药物或毒素的生理/病理反应是否与体内一致,评估其用于药筛或毒理研究的可靠性。

方法: 将类器官暴露于不同浓度药物/毒素。

表型观察: 形态变化(萎缩、空泡化、结构破坏)、活性/死亡变化(活死染色)。

功能检测: 屏障功能、分泌功能、代谢功能的变化。

分子检测: 特定基因表达(qPCR)、蛋白表达(WB/IHC/IF)或信号通路激活(Phospho-specific抗体)的变化。

鉴定要点: 剂量效应关系、时间效应关系是否与已知的体内/临床数据相符?是否能区分不同作用机制的药物?

遗传操作与表型验证:

目的: 利用CRISPR/Cas9等技术在类器官中引入特定基因突变(疾病建模)或过表达/敲除基因(功能研究),然后通过上述各种染色和功能方法验证表型变化(如形态异常、增殖/凋亡失衡、功能缺陷),证明基因型-表型关联。

确保可靠性与准确性的关键点
标准化操作流程 (SOPs): 从组织取材、解离、培养条件(培养基成分、基质胶批次、气体环境)、传代方法到染色/检测步骤,都需要严格标准化,减少批次差异。

严格的质量控制 (QC):

起始细胞/组织: 明确来源(患者?动物?细胞系?),伦理合规,记录病史/基因型。

形态学QC: 每批类器官都需要通过明场和H&E染色进行基本形态学合格判定。

标志物QC: 定期进行关键细胞类型标志物的免疫染色,确认细胞组成稳定。

无菌/支原体检测: 定期进行。

设立适当的对照:

阳性对照: 已知表达目标蛋白的组织切片或细胞。

阴性对照: 同一样品进行染色但不加一抗(空白对照),或用同型IgG代替一抗(同型对照)。

生物学对照: 健康的vs疾病的类器官,处理的vs未处理的类器官。

技术对照: 不同批次实验间的重复。

定量化分析: 尽可能使用图像分析软件对染色结果进行定量(阳性细胞计数、荧光强度分析、结构参数测量),减少主观判断误差。

多参数、多层次验证: 不要仅依赖单一染色或方法。结合形态、多种标志物、功能测试进行综合评估。

与体内组织比较: 始终将类器官的表型(形态、标志物、功能)与对应发育阶段或成体的体内组织作为金标准进行比较。

数据记录与可重复性: 详细记录所有实验条件、试剂批次、染色参数和分析方法,确保结果可被他人重复。
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