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類器官增殖培養基與分化培養基在成分、功能及使用場景上存在較大差異,以下從兩者的核心區別、具體用途及使用要點展開說明:
成分特點:
以基礎培養基(如 DMEM/F12、MEM 等)為基質,添加高濃度生長因子(如 EGF 、FGF、Noggin、R-spondin 1 等)、細胞因子(如 BMP、Wnt 信號激活劑)、激素(如胰島素、氫化可的松)及基質成分(如胎牛血清、B27 添加劑、 N2 添加劑)。
部分培養基需額外添加基質膠(如 Matrigel),模擬細胞外基質環境,支持類器官三維結構形成。
功能核心:
維持干細胞或祖細胞的未分化狀態,促進其自我更新和增殖,同時誘導細胞有序組裝成具有器官雛形的三維結構(如腸類器官、肝類器官等)。重點在于保留細胞多能性,避免細胞向特定譜系分化。
基礎培養基與增殖培養基類似,但生長因子濃度降低或替換,常添加分化誘導因子(如視黃酸、地塞米松、β- 巰基乙醇等)、特定譜系誘導因子(如心肌分化需添加 BMP4、 Activin A)及營養因子(如維生素、氨基酸)。
通常減少或去除維持自我更新的因子(如 Wnt 激動劑),避免細胞持續增殖。
定向誘導類器官中的干細胞向特定組織細胞分化(如神經類器官分化為神經元、膠質細胞,胰腺類器官分化為胰島 β 細胞),促進功能細胞成熟,形成具有特定生理功能的組織結構。
適用階段:
類器官初始建立:從原代組織分離干細胞或使用多能干細胞(iPSC/ESC),在增殖培養基中培養,形成初始類器官結構。
類器官傳代擴增:維持類器官的長期培養和傳代,避免分化丟失。
操作要點:
基質膠包埋:將細胞與基質膠混合后鋪板,培養基需覆蓋膠滴,確保三維生長環境。
換液頻率:通常每 2-3 天換液一次,避免營養耗竭或代謝廢物積累。
培養條件:恒溫(37℃)、5% CO?,部分類器官需特殊氣體環境(如低氧條件)。
適用階段:
類器官成熟分化:在增殖培養基中形成初始類器官后(如培養 7-10 天),切換為分化培養基,誘導特定譜系分化。
功能研究:如需獲得具有特定功能的細胞(如分泌胰島素的胰島細胞),需通過分化培養基定向誘導。
操作要點:
分化時機:類器官需先在增殖培養基中形成穩定結構,再進行分化誘導(過早分化會導致結構紊亂,過晚則分化效率降低)。
分步誘導:部分分化過程需分階段調整培養基成分(如先誘導內胚層,再誘導特定器官細胞)。
動態監測:通過免疫熒光、RT-PCR 等方法檢測分化標志物(如神經分化檢測 β-III tubulin,肝分化檢測 ALB),確認分化效率。
維度 | 類器官增殖培養基 | 分化培養基 |
核心成分 | 高濃度自我更新因子(如 Wnt、R-spondin 1)、生長因子(EGF、FGF) | 無自我更新因子,含分化誘導劑(視黃酸、譜系特異性因子) |
基質需求 | 需基質膠支持三維結構形成 | 部分分化階段可減少基質膠,或使用二維培養 |
細胞狀態 | 維持未分化、高增殖能力 | 促進細胞譜系定向分化、功能成熟 |
培養目的 | 構建類器官結構、擴增細胞數量 | 獲得特定功能細胞、模擬器官生理特性 |
典型應用 | 腸類器官初始培養、肝類器官傳代 | 神經類器官分化為神經元、胰腺類器官分化為胰島細胞 |
培養基優化:不同組織來源的類器官(如腸道、肺、腦)需定制化增殖培養基,分化培養基也需根據目標細胞類型調整配方(如心肌分化需添加心肌營養素 - 1)。
避免交叉污染:分化培養基中若殘留自我更新因子,可能導致分化失敗;增殖培養基中若混入分化因子,會誘導細胞提前分化。
動態調整:部分類器官分化需 “兩步法"—— 先在增殖培養基中形成芽狀結構,再切換分化培養基誘導功能成熟(如腎臟類器官分化為腎小球、腎小管)。
通過精準調控培養基成分,可實現類器官從 “結構構建" 到 “功能成熟" 的全過程誘導,為疾病建模、藥物篩選及再生醫學研究提供關鍵工具。
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