人源类器官研究历程及发展趋势

 类器官是干细胞在体外培养出的一种3D细胞培养物（类器官模型）,拥有与来源器官（组织）高度相似的组织学特征和生理功能。概述了类器官技术的发展历程、类器官的不同种类、来源及表型。以肿瘤药物开发的临床前模型为例,对比了肿瘤细胞系、条件重编程、类器官模型及荷瘤模型（PDX）这4种模型,得出类器官模型是较为优秀的一种体外模型,可用于感染性疾病和慢性非感染性疾病的模型研究。总结了类器官技术未来发展的4方面影响因素：需求和挑战的驱动、技术和知识的驱动、资源和要素的驱动、伦理和法规的约束。     

人源类器官的应用前景、伦理风险与治理建议

 人源类器官能够突破传统疾病研究模型的瓶颈,可结合基因编辑、器官芯片等新兴技术,为转化医学提供全新平台,在构建疾病模型、筛选药物、器官移植、基因治疗和精准医疗方面具有广阔应用前景。然而,人源类器官在大幅缩短整个生物医学研究创新周期的同时,也模糊了主体与客体、公共与私人、研究与治疗等传统边界,将引发诸多伦理风险。结合人源类器官的研究进展和应用前景,分析了类器官道德地位、知情同意、商业化和利益共享等主要伦理问题,并探索了多维治理策略。     

一种检测中药成分毒性的心脏芯片构建

为确定中药安全性，有必要对中药中各成分的量效毒关系进行研究.心脏毒性是新药研究中需要格外注意的器官毒性，为了解决孔板试验中缺少细胞间相互作用以及微环境与体内差异大的问题，构建了一种在体外模拟心肌细胞与毛细血管相互作用的心脏芯片，并使用该芯片检测了雷公藤甲素、氯化两面针碱、莨菪碱3种中药成分的毒性.通过对比加药前后芯片和孔板里心肌细胞的搏动状态变化，以及细胞培养液中乳酸脱氢酶和肌钙蛋白的含量变化，发现3种中药化学成分有剂量依赖的心脏毒性，同时发现芯片内的心肌细胞比孔板内的对于药物的耐受性更强，显示了本芯片用于检测药物心脏毒性的潜力.     

多器官微流控芯片技术及其应用

器官微流控芯片技术通过模拟人体器官内环境来实现接近体内的体外细胞培养.基于微流控芯片器官模型的发展,构建多器官芯片整合的微流控系统为研究器官之间物质(如药物和外源性污染物)的代谢作用提供了崭新的平台.本文从不同的多细胞共培养系统角度介绍了构建多器官微流控芯片模型以及在预测和评估药物代谢及其对人体毒性测试等领域的应用,并对多器官微流控芯片技术的发展进行总结和展望.     

如何建立器官再生的血管网络?

干细胞与组织工程技术的发展为大块组织缺损修复和器官替代提供了新思路,但人体器官血管网络精细复杂,是限制器官再生和移植的主要瓶颈问题.类器官体外培养尺寸无法突破同样受到无法形成血管系统的限制.对此,提出同步构建功能化血管网络的设想,为维系干细胞存活和实现器官再生打好基础.     

器官医学的发展现状和展望

器官是人体发挥独立生理功能的基本单元，也是各类疾病发生的场所。基于疾病器官目前缺乏精确医疗的现状，器官医学理念应运而生。回顾了器官医学理念提出的背景，探讨了器官医学的已有成果及器官医学对于多学科的推动作用，展望了器官医学将推动医学研究、医疗器械领域发展，促进创新药物研发，并与其他领域实现交叉融合的发展前景。     

利用肝脏类器官探究CEBPD和HMGA2对胆管细胞向肝细胞转分化的作用

肝脏是人体内最大的实质器官,负责机体的代谢解毒,具有较强的再生能力,在重度损伤条件下胆管细胞能够转分化为肝实质细胞,以补充损伤的肝实质细胞,但是具体机制尚不清楚。胆管类器官在体外可长期扩增并保持向肝实质细胞分化的潜能,同时利用腺相关病毒AAV载体可实现胆管类器官高效基因操纵。我们结合AAV介导的基因操纵与胆管类器官分化模型,探究了转录因子HMGA2及CEBPD在肝脏细胞谱系转化过程中的重要功能。研究结果发现过表达HMGA2能够抑制胆管细胞向肝实质细胞的分化,而过表达CEBPD可以促进胆管细胞向肝实质细胞分化。我们的工作揭示了HMGA2和CEBPD作为新的转录调节因子,可能参与胆管细胞的谱系维持以及肝实质细胞的分化。     

胚胎单个定位及三维共培养微流控装置的构建

胚胎体外发育是临床人工辅助生殖技术中的关键环节,对着床后胚胎发育状况有重要作用。该研究利用细胞三维培养技术和微流控芯片技术构建了一种新型的小鼠胚胎体外共培养装置,用于实现自动化的小鼠胚胎定位与共培养操作,并对胚胎在体内的发育环境进行模拟。利用该微流控装置成功进行了小鼠胚胎的单个定位、三维细胞共培养以及发育追踪观察,并对装置中胚胎发育状况做出评价。统计结果表明:共培养芯片中小鼠胚胎发育囊胚率(87.3%±3.1%)显著高于对照组的囊胚率(76.8%±2.7%,P0.01);并且共培养芯片中小鼠囊胚的平均细胞总数(102±4)也显著高于对照组中的平均细胞总数(68±3,P0.01)。因此该胚胎共培养微流控芯片有助于在体外实现自动化的胚胎定位和培养过程,并且对小鼠胚胎发育具有更好的促进作用。     

高功率半导体整流管芯片散热效率计算仿真研究

为了保证芯片性能,避免芯片受损,对高功率半导体整流管芯片散热效率进行计算和仿真研究。通过有限体积法进行热计算,利用质量守恒方程、能量守恒方程以及动量守恒方程对热传递问题进行描述,确定高功率半导体整流芯片边界条件,给出散热效率计算公式。在恒温室的防风罩中进行测试,依据模型和边界条件,通过ANSYS参数化编程语言APDL构建高功率半导体整流芯片三维有限元模型,分析芯片散热情况。研究平行排列微通道、正交网络结构、螺旋环绕结构和树枝分形结构微通道下芯片散热效率。向有限元模型整流管芯片主体施加热载荷,获取不同基板材料的温度分布情况,得到不同基板材料下芯片散热效率。结果表明,高功率半导体整流管芯片微通道应选用树型结构,基板材料应选择Cu/Si C复合基板。     

蛋白质芯片技术的新进展

基于微阵列技术基础上的蛋白质芯片技术能够在体外直接研究蛋白质的性质和作用,已经被广泛地应用于蛋白质-蛋白质、蛋白质-核酸、蛋白质-小分子药物等方面的研究,并表现出了良好的前景。对蛋白质芯片技术的研究进展和未来前景展望进行了综述。     

结直肠癌类器官的应用进展与挑战

 结直肠癌（CRC）是全球发病率最高的消化道肿瘤之一，严重威胁人类的健康。近年来，类器官技术取得了令人欣喜的进展，已成为结直肠癌发生机制和临床转化研究的重要新工具。回顾了结直肠癌生态位信号通路的变化，总结了类器官技术在结直肠癌建模、肿瘤微环境研究、药物筛选、个体化治疗等方面的应用进展，讨论了当前类器官面临的挑战，并从类器官培养技术标准化和工程技术应用等角度展望了类器官的未来发展方向。     

基因修饰猪作为人类疾病模型的研究进展

 对近来有关基因修饰猪作为人类疾病模型的研究进行综述。建立疾病动物模型有利于探索疾病的致病机制,开发治疗药物和诊治途径,是人类疾病临床前研究的重要环节,对实验到临床(B2B)的转化医学研究至关重要。通过基因修饰手段获得的带有人类疾病的模型动物具有遗传稳定性和来源的可重复性,对相应人类疾病的研究更具有举足轻重的作用。由于与人类生理特征具有诸多相似性,猪可以作为良好的人类疾病动物模型,并且比传统的啮齿类疾病动物模型更具有优势。随着大动物胚胎操作技术和基因操作技术的日渐成熟,近年来对通过基因修饰猪建立的人类疾病模型的研究进展也逐步加快。     

Paneth cells constitute the niche for Lgr5 stem cells in intestinal crypts

Homeostasis of self-renewing small intestinal crypts results from neutral competition between Lgr5 stem cells, which are small cycling cells located at crypt bottoms. Lgr5 stem cells are interspersed between terminally differentiated Paneth cells that are known to produce bactericidal products such as lysozyme and cryptdins/defensins. Single Lgr5-expressing stem cells can be cultured to form long-lived, self-organizing crypt-villus organoids in the absence of non-epithelial niche cells. Here we find a close physical association of Lgr5 stem cells with Paneth cells in mice, both in vivo and in vitro. CD24(+) Paneth cells express EGF, TGF-α, Wnt3 and the Notch ligand Dll4, all essential signals for stem-cell maintenance in culture. Co-culturing of sorted stem cells with Paneth cells markedly improves organoid formation. This Paneth cell requirement can be substituted by a pulse of exogenous Wnt. Genetic removal of Paneth cells in vivo results in the concomitant loss of Lgr5 stem cells. In colon crypts, CD24(+) cells residing between Lgr5 stem cells may represent the Paneth cell equivalents. We conclude that Lgr5 stem cells compete for essential niche signals provided by a specialized daughter cell, the Paneth cell.     

人类疾病动物模型资源数据库的构建

人类疾病动物模型资源数据库的构建,是为了使人们能够快速、准确地对动物模型资源进行筛选、分类,方便研究人员选择需要的动物模型,并能快捷联系提供动物模型的单位,节省了查询时间,提高了科学研究的效率。本数据库分为自发性动物模型数据库、诱发性动物模型数据库和基因工程动物模型数据库3部分,各部分都包含动物模型名称、编号、实验动物信息、模型制备信息、提供模型单位信息、支持文献信息等内容。通过对数据库功能和查询系统的构建,除为用户提供了查询服务,获取有用信息之外,亦对人类疾病动物模型资源信息化的发展和资源共享具有深远意义。     

肝细胞的三维受控组装

为解决肝病救治中肝供体缺乏的问题,采用基于快速成形技术的细胞组装机,将肝细胞和海藻酸钠与明胶复合材料的共混物作为成形对象,通过细胞材料直接三维受控组装技术,实现了堆积成形具有一定三维结构和预定义孔隙的肝组织前体。常规体外培养条件下,肝细胞存活并保持生物学活性达12d之久。这一技术有望成为肝脏及其他人体组织器官人工构造的新途径。     

Xenozoonoses in xenotransplantation

Pig to human xenotransplantation is one of the possible ways to solve the problem of organ shortage, but the potential risk of xenozoonoses hinders the progress of xenotransplantation. Among pathogens that might cause xenozoonoses, porcine endogenous retrovirus (PERV) is undoubtedly the most noticeable. Current researches show that PERV exists in pigs' genomes and is able to express in multiple tissues and organs in pigs. Other experiments also show that PERV could successfully infect several human cell lines in vitro and could infect SCID mice through pig to mouse islet transplantation. The discussion and research on the risk of PERV is one of the hottest topics in current xenotransplantation, but the question of whether PERV will transmit to human through xenotransplantation has not been answered due to the lack of suitable animal models. More work should be done to evaluate the risk of xenozoonoses caused by PERV after pig to human xenotransplantation.     

Tumour suppressor RNF43 is a stem-cell E3 ligase that induces endocytosis of Wnt receptors

LGR5+ stem cells reside at crypt bottoms, intermingled with Paneth cells that provide Wnt, Notch and epidermal growth factor signals. Here we find that the related RNF43 and ZNRF3 transmembrane E3 ubiquitin ligases are uniquely expressed in LGR5+ stem cells. Simultaneous deletion of the two genes encoding these proteins in the intestinal epithelium of mice induces rapidly growing adenomas containing high numbers of Paneth and LGR5+ stem cells. In vitro, growth of organoids derived from these adenomas is arrested when Wnt secretion is inhibited, indicating a dependence of the adenoma stem cells on Wnt produced by adenoma Paneth cells. In the HEK293T human cancer cell line, expression of RNF43 blocks Wnt responses and targets surface-expressed frizzled receptors to lysosomes. In the RNF43-mutant colorectal cancer cell line HCT116, reconstitution of RNF43 expression removes its response to exogenous Wnt. We conclude that RNF43 and ZNRF3 reduce Wnt signals by selectively ubiquitinating frizzled receptors, thereby targeting these Wnt receptors for degradation.     

Recapitulation of premature ageing with iPSCs from Hutchinson-Gilford progeria syndrome

Hutchinson-Gilford progeria syndrome (HGPS) is a rare and fatal human premature ageing disease, characterized by premature arteriosclerosis and degeneration of vascular smooth muscle cells (SMCs). HGPS is caused by a single point mutation in the lamin A (LMNA) gene, resulting in the generation of progerin, a truncated splicing mutant of lamin A. Accumulation of progerin leads to various ageing-associated nuclear defects including disorganization of nuclear lamina and loss of heterochromatin. Here we report the generation of induced pluripotent stem cells (iPSCs) from fibroblasts obtained from patients with HGPS. HGPS-iPSCs show absence of progerin, and more importantly, lack the nuclear envelope and epigenetic alterations normally associated with premature ageing. Upon differentiation of HGPS-iPSCs, progerin and its ageing-associated phenotypic consequences are restored. Specifically, directed differentiation of HGPS-iPSCs to SMCs leads to the appearance of premature senescence phenotypes associated with vascular ageing. Additionally, our studies identify DNA-dependent protein kinase catalytic subunit (DNAPKcs, also known as PRKDC) as a downstream target of progerin. The absence of nuclear DNAPK holoenzyme correlates with premature as well as physiological ageing. Because progerin also accumulates during physiological ageing, our results provide an in vitro iPSC-based model to study the pathogenesis of human premature and physiological vascular ageing.