類器官培養全周期記錄研究方法分享
類器官培養實驗的常用方法是使用顯微鏡拍攝，該方法需要將類器官頻繁拿出培養箱，影響類器官培養環境。那么有什么新的方法可以彌補這種不足呢？本文介紹了一種新方法-使用活細胞成像系統，置于培養箱內實時動態成像，監測類器官變化情況。我們分析了新方法對比常用方法的優勢，同時列舉了幾篇活細胞成像分析系統應用在類器官培養實驗的高分文章，這些文章發表于《Bioactive Materials》、《Advanced Science》、《Cell Reports》等期刊。該方法獲得了科研人員的認可，在類器官培養實驗中被廣泛使用，新方法的可靠性得到了證實。
近年來，類器官（Organoids）引起了大家的廣泛關注。類器官是指利用成體干細胞或多能干細胞進行體外三維（3D）培養而形成的具有一定空間結構的組織類似物，能在體外模擬人體器官結構和功能。
已被開發出來的類器官包括小腸、胃、肺、大腦、肝臟、胰腺、腎臟、心臟、、卵巢等。隨著多種類器官的問世，類器官已經被逐漸應用于精準醫療、疾病建模、藥物篩選、基因編輯、再生醫學、胚胎發育等各種領域，在人類疾病和生物醫藥方面展現出巨大的應用潛力。
類器官培養實驗操作步驟：
1.選取適當的細胞株：根據研究需要選取合適的細胞株。一般來說，類器官培養中選擇的細胞株應具有較好的生長能力、易于培養和容易形成球體等特點。
2.培養細胞：將選定的細胞株在含有類器官培養液的培養皿中培養，直至其生長到合適的密度。
3.形成類器官：將細胞轉移到低附著性的培養皿中進行類器官培養。一般來說，可以使用含有低濃度瓊脂的培養液，使細胞自由生長并形成球體。
4.處理類器官：根據研究需要，可對形成的球體進行處理。例如，可以添加藥物或改變培養條件，觀察其對類器官的影響。
5.觀察類器官：使用顯微鏡等儀器觀察類器官的形態和狀況。可以通過染色等方法進一步研究其細胞和功能。
6.記錄結果：對觀察的結果進行記錄，便于后續分析。
類器官培養實驗雖已形成了一定的操作規范流程，但在類器官的培養觀察過程中仍存在一定的難點：
人工在顯微鏡下拍攝類器官圖像，耗時耗力；
頻繁拍攝圖像過程中會影響類器官培養環境；
孔板內各孔的類器官培養情況無法全面呈現；
光學顯微鏡觀察類器官獲得的數據分析有限。
奎克泰生物的JuLI™系列實時活細胞成像分析系統能夠為類器官實驗提供所需要的工具。無需復雜人工操作，省時省力；無需頻繁取出樣本影響穩定生長環境；可全面呈現類器官培養情況；可獲取大量數據進行分析。
JuLI™ Stage活細胞成像分析系統能夠放置于培養箱內，具有全自動X-Y-Z軸、三色熒光、自動/手動對焦、Z-Stack、圖像拼接等功能。可以對類器官進行實時觀察，拍攝記錄生長周期的全過程，在保持類器官生長環境穩定的情況下，同時對類器官拍照，形成視頻，提供類器官培養實驗的量化結果。
JuLI™ Stage拍攝類器官實驗流程：
以下來自世界各地知名機構發布的3篇文章中，均為使用JuLI™系列活細胞成像分析系統做的類器官培養實驗：
1.猶他州立大學生物工程系的研究團隊在《Bioactive Materials》期刊發表題為“A matrigel-free method to generate matured human cerebral organoids using 3D-Printed microwell arrays”的文章，研究人員開發了一種基于3D打印的新型微孔培養平臺，該平臺不使用基質膠或外部信號分子（如SMAD和Wnt抑制劑）。利用人類多能干細胞（iPSCs）培養腦類器官，使用JuLI™ Stage活細胞成像分析系統記錄的對照組（CON）和微孔組第7天擬胚體（EB）的代表性明場圖像（三種幾何形狀（LRC、HRC、HRF）和兩種涂層（mPEG、Lipidure）），結果表明mPEG材料性能優于Lipidure。此外，使用JuLI™ Stage活細胞成像分析系統在第7天、12天、15天、20天對腦類器官進行成像，結果顯示腦類器官的生長和折疊過程。
2.韓國大學醫學院生物醫學科學系的研究團隊在《Advanced Science》期刊發表題為“Symmetry Breaking of Human Pluripotent Stem Cells (hPSCs) in Micropattern Generates a Polarized Spinal Cord-Like Organoid (pSCO) with Dorsoventral Organization”的文章，研究人員為了解神經發育過程中細胞模式和軸形成的生物學原理，提供了一種簡單可控的生成空間有序的類器官的方法。利用人多能干細胞（hPSCs）培養模擬對稱斷裂，產生具有自組織的背腹側組織的極化脊髓類器官（pSCOs）。用10 μM SB和3 μM Chir處理人胚胎干細胞（hESC），使用JuLI™ Stage活細胞成像分析系統監測類器官形成情況，結果表明hESC集落的中心部分明顯突出，在形態上類似于“發芽”。
3.紐卡斯爾大學生物醫學科學與藥學院的研究團隊在《Cell Reports》期刊發表題為“Cell Lineage Tracing Identifies Hormone-Regulated and Wnt-Responsive Vaginal Epithelial Stem Cells”的文章，研究人員使用單細胞RNA測序（RNA-seq）來定義陰道上皮細胞中不同的細胞群并開發了陰道類器官。在該研究中，使用了JuLI™ Stage活細胞成像分析系統對小鼠陰道上皮細胞進行類器官成像，使用單個小鼠陰道上皮細胞培養類器官。使用JuLI™ Stage活細胞成像分析系統對第1、2、4、7、14、21天進行成像。結果表明，在第7天，類器官的中心形成了一個分化的基底上細胞層 (箭頭所指) ，培養到第21天，管腔內充滿粘液分泌物。
更多使用案例期待您的發現！
參考文獻
[1]Yang S, Hu H, Kung H, et al. Organoids: The current status and biomedical applications[J]. MedComm, 2023, 4(3):e274.（IF9.9）
[2]Chen C, Rengarajan V, Kjar A, et al. A matrigel-free method to generate matured humn cerebral organoids using 3D-Printed microwell arrays[J]. Bioactive Materials, 2021, 6(4): 1130-1139.（IF18.9）
[3]Seo K, Cho S, Shin H, et al. Symmetry Breaking of Human Pluripotent Stem Cells (hPSCs) in Micropattern Generates a Polarized Spinal Cord‐Like Organoid (pSCO) with Dorsoventral Organization[J]. Advanced Science,2023:2301787.（IF15.1）
[4]Ali A, Syed S M, Jamaluddin M F B, et al. Cell lineage tracing identifies hormone-regulated and Wnt-responsive vaginal epithelial stem cells[J]. Cell reports, 2020, 30(5): 1463-1477.e7.（IF8.8）
近年來，類器官（Organoids）引起了大家的廣泛關注。類器官是指利用成體干細胞或多能干細胞進行體外三維（3D）培養而形成的具有一定空間結構的組織類似物，能在體外模擬人體器官結構和功能。
已被開發出來的類器官包括小腸、胃、肺、大腦、肝臟、胰腺、腎臟、心臟、、卵巢等。隨著多種類器官的問世，類器官已經被逐漸應用于精準醫療、疾病建模、藥物篩選、基因編輯、再生醫學、胚胎發育等各種領域，在人類疾病和生物醫藥方面展現出巨大的應用潛力。
圖片來源：Corrò C, Novellasdemunt L, Li VSW. A brief history of organoids. Am J Physiol Cell Physiol. 2020 Jul 1;319(1):C151-C165. doi: 10.1152/ajpcell.00120.2020. Epub 2020 May 27. PMID: 32459504; PMCID: PMC7468890.
類器官培養實驗操作步驟：
1.選取適當的細胞株：根據研究需要選取合適的細胞株。一般來說，類器官培養中選擇的細胞株應具有較好的生長能力、易于培養和容易形成球體等特點。
2.培養細胞：將選定的細胞株在含有類器官培養液的培養皿中培養，直至其生長到合適的密度。
3.形成類器官：將細胞轉移到低附著性的培養皿中進行類器官培養。一般來說，可以使用含有低濃度瓊脂的培養液，使細胞自由生長并形成球體。
4.處理類器官：根據研究需要，可對形成的球體進行處理。例如，可以添加藥物或改變培養條件，觀察其對類器官的影響。
5.觀察類器官：使用顯微鏡等儀器觀察類器官的形態和狀況。可以通過染色等方法進一步研究其細胞和功能。
6.記錄結果：對觀察的結果進行記錄，便于后續分析。
類器官培養實驗雖已形成了一定的操作規范流程，但在類器官的培養觀察過程中仍存在一定的難點：
人工在顯微鏡下拍攝類器官圖像，耗時耗力；
頻繁拍攝圖像過程中會影響類器官培養環境；
孔板內各孔的類器官培養情況無法全面呈現；
光學顯微鏡觀察類器官獲得的數據分析有限。
奎克泰生物的JuLI™系列實時活細胞成像分析系統能夠為類器官實驗提供所需要的工具。無需復雜人工操作，省時省力；無需頻繁取出樣本影響穩定生長環境；可全面呈現類器官培養情況；可獲取大量數據進行分析。
JuLI™ Stage活細胞成像分析系統能夠放置于培養箱內，具有全自動X-Y-Z軸、三色熒光、自動/手動對焦、Z-Stack、圖像拼接等功能。可以對類器官進行實時觀察，拍攝記錄生長周期的全過程，在保持類器官生長環境穩定的情況下，同時對類器官拍照，形成視頻，提供類器官培養實驗的量化結果。
JuLI™ Stage拍攝類器官實驗流程：
以下來自世界各地知名機構發布的3篇文章中，均為使用JuLI™系列活細胞成像分析系統做的類器官培養實驗：
1.猶他州立大學生物工程系的研究團隊在《Bioactive Materials》期刊發表題為“A matrigel-free method to generate matured human cerebral organoids using 3D-Printed microwell arrays”的文章，研究人員開發了一種基于3D打印的新型微孔培養平臺，該平臺不使用基質膠或外部信號分子（如SMAD和Wnt抑制劑）。利用人類多能干細胞（iPSCs）培養腦類器官，使用JuLI™ Stage活細胞成像分析系統記錄的對照組（CON）和微孔組第7天擬胚體（EB）的代表性明場圖像（三種幾何形狀（LRC、HRC、HRF）和兩種涂層（mPEG、Lipidure）），結果表明mPEG材料性能優于Lipidure。此外，使用JuLI™ Stage活細胞成像分析系統在第7天、12天、15天、20天對腦類器官進行成像，結果顯示腦類器官的生長和折疊過程。
2.韓國大學醫學院生物醫學科學系的研究團隊在《Advanced Science》期刊發表題為“Symmetry Breaking of Human Pluripotent Stem Cells (hPSCs) in Micropattern Generates a Polarized Spinal Cord-Like Organoid (pSCO) with Dorsoventral Organization”的文章，研究人員為了解神經發育過程中細胞模式和軸形成的生物學原理，提供了一種簡單可控的生成空間有序的類器官的方法。利用人多能干細胞（hPSCs）培養模擬對稱斷裂，產生具有自組織的背腹側組織的極化脊髓類器官（pSCOs）。用10 μM SB和3 μM Chir處理人胚胎干細胞（hESC），使用JuLI™ Stage活細胞成像分析系統監測類器官形成情況，結果表明hESC集落的中心部分明顯突出，在形態上類似于“發芽”。
3.紐卡斯爾大學生物醫學科學與藥學院的研究團隊在《Cell Reports》期刊發表題為“Cell Lineage Tracing Identifies Hormone-Regulated and Wnt-Responsive Vaginal Epithelial Stem Cells”的文章，研究人員使用單細胞RNA測序（RNA-seq）來定義陰道上皮細胞中不同的細胞群并開發了陰道類器官。在該研究中，使用了JuLI™ Stage活細胞成像分析系統對小鼠陰道上皮細胞進行類器官成像，使用單個小鼠陰道上皮細胞培養類器官。使用JuLI™ Stage活細胞成像分析系統對第1、2、4、7、14、21天進行成像。結果表明，在第7天，類器官的中心形成了一個分化的基底上細胞層 (箭頭所指) ，培養到第21天，管腔內充滿粘液分泌物。
更多使用案例期待您的發現！
參考文獻
[1]Yang S, Hu H, Kung H, et al. Organoids: The current status and biomedical applications[J]. MedComm, 2023, 4(3):e274.（IF9.9）
[2]Chen C, Rengarajan V, Kjar A, et al. A matrigel-free method to generate matured humn cerebral organoids using 3D-Printed microwell arrays[J]. Bioactive Materials, 2021, 6(4): 1130-1139.（IF18.9）
[3]Seo K, Cho S, Shin H, et al. Symmetry Breaking of Human Pluripotent Stem Cells (hPSCs) in Micropattern Generates a Polarized Spinal Cord‐Like Organoid (pSCO) with Dorsoventral Organization[J]. Advanced Science,2023:2301787.（IF15.1）
[4]Ali A, Syed S M, Jamaluddin M F B, et al. Cell lineage tracing identifies hormone-regulated and Wnt-responsive vaginal epithelial stem cells[J]. Cell reports, 2020, 30(5): 1463-1477.e7.（IF8.8）
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