類器官傳代關鍵步驟：操作標準化、自身因素與營養(yǎng)優(yōu)化指南

  在類器官培養(yǎng)過程中，傳代是維持其長期穩(wěn)定擴增與功能活性的核心環(huán)節(jié)，而傳代效率的高低直接取決于關鍵步驟的精準把控。以下將從操作手法標準化、類器官自身因素影響、營養(yǎng)體系優(yōu)化三大維度，詳細拆解類器官傳代的關鍵技術要點，為科研人員提供可落地的實踐指南。

一、操作手法標準化：以 “流程優(yōu)化 - 參數(shù)量化 - 問題解決" 為核心

類器官傳代的操作手法標準化是降低批次差異、提升可重復性的關鍵，需圍繞基質(zhì)膠冷化、離心條件、消化控制、吹打技巧及分層問題處理五大環(huán)節(jié)，建立精準的參數(shù)體系與動態(tài)決策方案。

1. 基質(zhì)膠冷化：按敏感性匹配溫度 - 時長組合

基質(zhì)膠的冷化處理需根據(jù)類器官對溫度和時長的敏感性差異調(diào)整策略，避免因冷化不當影響后續(xù)分離效率與細胞活性：

• 溫度敏感型類器官（如部分神經(jīng)類器官）：推薦 4℃或 0℃預冷 30 分鐘，既能保證基質(zhì)膠充分軟化，又可避免低溫對細胞的損傷；

• 時長敏感型類器官（如快速增殖的腫瘤類器官）：建議 - 20℃預冷 5 分鐘，縮短操作周期以減少細胞暴露在不適環(huán)境中的時間。

實驗表明，0℃預冷可作為 4℃的替代方案，在維持類器官活性的同時，兼容部分對低溫耐受性略高的類型。需特別注意，冷化過程中溫度波動需控制在 ±1℃范圍內(nèi)，否則會影響基質(zhì)膠的黏度一致性，進而干擾后續(xù)傳代操作。

2. 離心條件：低溫與水平角離心協(xié)同提升效果

離心環(huán)節(jié)的核心目標是實現(xiàn)基質(zhì)膠與類器官的分層，同時保留細胞活性，關鍵參數(shù)與設備選擇如下：

• 核心參數(shù)：4℃低溫環(huán)境、200-300g 轉(zhuǎn)速、5 分鐘以內(nèi)離心時長；

• 離心機選擇：優(yōu)先使用水平角離心機，其在離心過程中可使樣本液柱與離心管保持平行，讓基質(zhì)膠與類器官沉淀分層更好，相比固定角離心機，基質(zhì)膠殘留率可降低 25%，減少后續(xù)消化步驟的干擾；

• 類型適配調(diào)整：體積較大的類器官（如肝類器官）建議采用 300g 離心 5 分鐘，而鼠源類器官可適當降低至 200g，避免因離心力過大造成機械損傷。

3. 消化控制：室溫鏡檢精準判斷終點

消化是解離類器官結(jié)構的關鍵步驟，需通過溫度控制與鏡檢觀察，平衡解離效率與細胞活性：

• 操作環(huán)境與時長：全程在室溫超凈臺內(nèi)進行，消化時長嚴格控制在 2-3 分鐘，避免高溫（如 37℃）導致細胞凋亡率升高（室溫操作可使凋亡率降低 15%），尤其適用于胃腸道、食管等對酶解敏感的類器官；

• 終點判斷標準：通過顯微鏡觀察細胞團直徑，當細胞團達到 50-100μm 時，立即終止消化；

• 酶試劑選擇：需匹配類器官組織類型，例如肝類器官推薦使用 TrypLE™ Express 酶室溫孵育 5-10 分鐘，腸類器官則優(yōu)先采用 Dispase 或?qū)Ｓ孟?nbsp;D，防止因過度酶解導致單細胞化，進而降低細胞活性。

4. 吹打技巧：低剪切力實現(xiàn)高效分散

吹打操作的核心是在分散細胞團的同時，減少機械剪切力對細胞的損傷，具體技巧如下：

• 工具選擇：采用 1mL 槍頭或無菌巴氏吸管，避免使用 200μL 槍頭（后者易導致 12% 的細胞碎裂率，而 1mL 槍頭可將碎裂率控制在 5% 以下）；

• 操作手法：以輕柔的圓周運動吹打，吹打次數(shù)控制在 30 次以內(nèi)，全程避免產(chǎn)生氣泡（氣泡會破壞細胞結(jié)構）；

• 類型適配調(diào)整：囊性類器官建議使用火焰拋光的玻璃巴氏吸管進行機械剪切，密集型類器官可結(jié)合 TrypLE Express 酶解后再行吹打，實現(xiàn) “酶解 + 機械分散" 的協(xié)同優(yōu)化。

5. 問題解決：離心分層的動態(tài)決策

離心后常見分層結(jié)構為 “緩沖液（上層）- 基質(zhì)膠（中層）- 類器官沉淀（下層）"，需根據(jù)類器官數(shù)量動態(tài)調(diào)整保留策略，避免因處理不當導致細胞損失：

• 數(shù)量極少情況（如原代培養(yǎng)或低代數(shù)傳代）：保留沉淀層 + 基質(zhì)膠下 2/3，點膠時新膠量需為殘留膠的 1.5 倍以上，彌補細胞數(shù)量不足的問題；

• 數(shù)量中等情況：保留沉淀層 + 基質(zhì)膠全層，同時增加離心轉(zhuǎn)速至 300g，減少基質(zhì)膠對后續(xù)培養(yǎng)的干擾；

• 分層模糊情況：加入 1mL 預冷緩沖液 G 重懸后，4℃靜置 10 分鐘，利用密度差異實現(xiàn)二次分離，提升分層清晰度。

操作要點速覽

通過上述標準化操作，可使類器官傳代效率提升 30%，批次間變異系數(shù)從 22% 降至 8%，為長期培養(yǎng)與藥物篩選提供穩(wěn)定技術支撐。

二、類器官自身因素影響：從活性、數(shù)量、結(jié)構把控傳代基礎

類器官自身的生物學特性是決定傳代效率的內(nèi)在因素，需從活性強度、數(shù)量閾值、結(jié)構完整性三個維度進行評估與調(diào)控，確保傳代過程的可持續(xù)性。

1. 活性強度：傳代能力的核心決定因素

不同類型類器官的活性強度差異顯著，直接影響其傳代潛力，可根據(jù)傳代難度分為 “易傳代" 與 “難傳代" 兩類：

• 易傳代類器官：以腸癌、子宮內(nèi)膜癌類器官為代表，其干性維持能力強，連續(xù)傳代可達 30 代以上；鼻類器官更具特殊性，可通過自發(fā)支持病毒復制實現(xiàn)無需外源性因子的連續(xù)傳代；

• 難傳代類器官：包括肝癌、前列腺癌、甲狀腺癌類器官，傳代后常因干性耗竭出現(xiàn)生長停滯甚至凋亡；氣道類器官則需抑制干擾素通路（如使用 CYT387），才能克服免疫反應導致的傳代障礙。

類器官的活性強度與干細胞微環(huán)境信號密切相關，例如腦腫瘤干細胞類器官需持續(xù)補充 Wnt3a 與 RSPO1 信號分子，若缺失此類干性維持因子，傳代后細胞會迅速分化并喪失增殖活性。

2. 數(shù)量閾值：密度依賴性增殖的臨界調(diào)控

類器官傳代需滿足 “數(shù)量閾值"，即單位培養(yǎng)空間內(nèi)達到足夠數(shù)量的功能性細胞團，以保障旁分泌信號網(wǎng)絡的完整性，避免陷入 “增殖停滯陷阱"：

• 臨界數(shù)量標準：24 孔板培養(yǎng)體系中，每孔類器官數(shù)量需≥20 個；若低于此閾值（如每孔僅 5-15 個），細胞團分泌的生長因子（如 EGF、FGF）濃度不足，會導致增殖效率大幅下降；

• 密度適配調(diào)整：鋪板密度需嚴格控制，過高（>150 個 / 孔）會導致營養(yǎng)競爭加劇，培養(yǎng)基 24 小時內(nèi)即變黃，代謝廢物積累抑制生長；過低（<20 個 / 孔）則因自分泌因子匱乏，類器官形成效率降低 50% 以上；

• 收獲時機影響：原代類器官的收獲時機直接影響數(shù)量達標率，例如中 / 后腸球狀體需在分化第 5-9 天收集，過早（第 5 天）或過晚（>9 天）均會導致細胞團活性下降，間接減少有效傳代數(shù)量。

3. 結(jié)構完整性：形態(tài)學評估與傳代時機判斷

類器官的結(jié)構特征是判斷傳代時機的直觀指標，需通過形態(tài)學觀察與定量測量聯(lián)合判斷，確保傳代時細胞處于最佳生長狀態(tài)：

• 理想結(jié)構標準：

? 形態(tài)：呈規(guī)則囊狀（如腸道類器官）、多小葉狀（如肝類器官）或分支管狀（如肺類器官），無中心暗區(qū)及壞死灶；

? 直徑：人源類器官通常為 200-500μm，鼠源類器官較?。?/span>100-200μm），超過此范圍易出現(xiàn)中心壞死；

? 生長狀態(tài)：每日直徑增幅 5-10%，培養(yǎng)基清澈（未變黃），無局部細胞死亡跡象；

• 傳代時機觸發(fā)：當觀察到類器官生長速率減慢（直徑每日增幅 < 5%）、培養(yǎng)基 pH 下降（顏色變黃）或局部出現(xiàn)暗腔時，需立即啟動傳代；

• 碎片大小要求：機械破碎后，需保留 > 100μm 的細胞團碎片，此類碎片的生長率顯著高于單細胞或小碎片（<50μm），后者的類器官形成率僅 10-15%；

• 類型適配調(diào)整：不同類器官的結(jié)構判斷標準存在差異，例如食管類器官以 “角化珠形成" 為傳代標志（培養(yǎng) 9-14 天），腦類器官則需結(jié)合神經(jīng)球緊湊度及神經(jīng)元標志物（如 β-III tubulin）表達綜合判斷。

三、營養(yǎng)體系優(yōu)化：為傳代提供精準 “能量供給"

類器官傳代效率的穩(wěn)定性高度依賴營養(yǎng)體系的精準調(diào)控，需從培養(yǎng)基管理、消化液適配、添加劑優(yōu)化三個維度構建協(xié)同體系，平衡干細胞干性維持與定向分化需求。

1. 培養(yǎng)基管理：儲存策略與配方適配

培養(yǎng)基是類器官傳代的 “能量核心"，其質(zhì)量控制需關注因子活性維持與個性化配方選擇：

• 儲存策略：

? 培養(yǎng)基（含生長因子）需 - 20℃分裝儲存，有效期可延長至 1 年；

? 4℃短期儲存需嚴格控制在 2 周內(nèi)，超過 1 個月會導致關鍵因子（如 Wnt3a、R-spondin-1）活性顯著下降，使類器官增殖率從 90% 降至 55%；

? 傳代后干細胞對培養(yǎng)基質(zhì)量更敏感，需絕對避免使用儲存過久的培養(yǎng)基；

• 配方適配：

? 腸道類器官：人源推薦使用 IntestiCult™ Organoid Growth Medium (human)，鼠源使用對應小鼠版本，此類培養(yǎng)基通過預優(yōu)化 Wnt/R-spondin 信號軸濃度，可提升傳代后 24 小時貼壁率；

? 乳腺類器官：可測試 1 型和 2 型擴增培養(yǎng)基，或采用自制條件培養(yǎng)基（含 R-spondin-1、Noggin 和 Wnt3a）；

? 腦腫瘤干細胞類器官：需使用 10-DPM 培養(yǎng)基，其中 4-DPM（RG108、A83-01、毛喉素、Bay K8644）為必需小分子，添加 RSPO1 的 5-DPM 配方可實現(xiàn)長期傳代；

• 操作規(guī)范：

? 商品化培養(yǎng)基（如 IntestiCult™）37℃水浴解凍后應立即使用，禁止再次冷凍；

? 基質(zhì)膠使用濃度需 > 70%，操作全程在冰上進行以防提前凝固；

? 換液頻率建議每 3-5 天一次，維持穩(wěn)定的營養(yǎng)微環(huán)境。

2. 消化液適配：酶組合與活性維持

消化液的選擇與管理直接影響類器官解離效率與細胞存活率，需根據(jù)組織類型匹配酶組合，并嚴格控制酶活性：

• 酶組合選擇：

? 腸道類器官：推薦使用 TrypLE™ Express，其溫和的蛋白水解活性可減少干細胞損傷；

? 胰腺類器官：需 Dispase 與 DNAse I 聯(lián)用，Dispase 分解細胞外基質(zhì)的同時，DNAse I 可降解游離 DNA，防止細胞團聚；

? 專用消化液優(yōu)勢：針對性酶組合可使傳代后細胞存活率提升 20%，優(yōu)于通用消化液；

• 儲存與使用：

? 消化液需 - 20℃分裝保存以維持酶活，有效期可達 1 年；

? 4℃儲存建議 2 周內(nèi)用完，超過 1 個月會出現(xiàn)酶活性下降，增加過度消化風險；

? 腸道隱窩來源類器官消化后接種時，需添加抗生素（如慶大霉素終濃度 50µg/ml）抑制共生微生物污染，抗生素應在使用前新鮮添加。

3. 添加劑優(yōu)化：難養(yǎng)類器官的存活調(diào)控

針對肝、食管等難養(yǎng)類器官，需通過精準添加信號通路調(diào)節(jié)劑與生長因子，提升傳代效率與細胞存活：

• 難養(yǎng)類器官適配添加劑：

? 肝類器官：推薦添加 Oncostatin M（OSM，50ng/mL），通過激活 STAT3 通路促進肝細胞成熟與存活；或使用 Y-27632（10μM）抑制 ROCK 激酶活性，減少傳代過程中的凋亡；

? 食管類器官：Y-27632 需在接種第 0 天添加，肝類器官可在整個擴增階段持續(xù)使用；

• 擴張培養(yǎng)基因子組合：

? 核心成分：包含 EGF、HGF、FGF-10 等生長因子，TGFβ 抑制劑（A83-01、Noggin）及 PKA 激活劑（forskolin），兼顧增殖與干性維持；

• 階段性調(diào)整：

? 傳代起始階段：采用低 FGF2 的起始培養(yǎng)基；

? 第 4 天：換用含 GlutaMaxx 和 FBS 的 IPS 培養(yǎng)基；

? 第 6 天起：切換為 N2 神經(jīng)誘導培養(yǎng)基，通過階段性營養(yǎng)調(diào)控實現(xiàn)定向分化；

• 試劑盒優(yōu)勢：部分專用試劑盒濟研通過優(yōu)化因子配比，可提升營養(yǎng)體系穩(wěn)定性，降低批次間差異。