9.2.3 成体组织干细胞来源的乳腺类器官
成体组织干细胞(adult stem cells,ASCs)具备定向分化潜能,在维持组织内稳态和组织修复再生中发挥重要作用[30]。与PSCs具有多向分化的潜能相比,ASCs通常来源于患者的活检组织,其分化能力十分有限,所以ASCs类器官一般仅含有相应器官的上皮组织部分,无法进一步分化形成基质和血管系统。但由于培养时间相对较短、培养体系相对简单,ASCs类器官在类器官构建中也具有很大的应用价值[31,32]。
研究者们发现,成功建立ASCs类器官的前提是必须充分认识体内调控干细胞生态位因子和信号通路,培养体系中各因子细微的变化都可能产生不同的培养结果[30-32]。人类Lgr5+干细胞为双潜能干细胞,在类器官标准培养条件下只生成导管上皮类器官;但在培养基中添加Notch抑制剂、FGF19、BMP7和地塞米松的条件下,具有生成成熟肝细胞的潜能[33]。研究者在培养基中添加各种Wnt调节因子(CHIR99021,GSK3β抑制剂)和Notch信号通路调节因子(丙戊酸,组蛋白去乙酰化酶抑制剂)有助于丰富和维持干细胞的数量,同时促进其向成熟肠上皮细胞、杯状细胞分化[34]。目前人类对于ASCs的认识还十分有限,随着有关体内ASCs调控机制的深入研究,ASCs类器官也许能够为组织再生和移植提供新的可能。
小鼠等动物模型提供了几乎无限的组织来源。研究者通过流式分选CD49f+/CD61+得到小鼠乳腺干细胞,这群干细胞能够在体外长期扩增,可以用于乳腺类器官培养[18]。崔晓江教授团队则直接使用小鼠乳腺组织在EpiCult B小鼠培养基中消化过夜,消化液中添加胎牛血清、胶原酶和透明质酸酶[16]。然后使用Matrigel和Collagen I组成的混合凝胶进行3D培养,加入含有胎牛血清、胰岛素-转铁蛋白钠(ITS)亚硒酸盐、FGF2和FGF10的DMEM/F12完全培养基中培养30天获得导管分支和小叶腺体分化的小鼠乳腺类器官[16]。(https://www.daowen.com)
近年来,来自乳房整形术、乳房缩小术、预防性乳房切除术、乳房活检或乳腺癌旁的乳腺组织,越来越多地为人类乳腺类器官提供重要的细胞来源。人类乳腺组织和小鼠乳腺组织在体内调控干细胞生态位因子和信号通路不完全相同,因此培养体系中的刺激因子有细微的差别。崔晓江教授团队将新鲜的人类乳房组织标本切割消化过夜,消化液中添加insulin、抗生素(青霉素-链霉素)、胎牛血清、胶原酶和透明质酸酶。然后使用含有Matrigel和Collagen I组成的混合凝胶3D培养系统进行培养,加入hydrocortisone、insulin、FGF10以及HGF的EpiCult B完全培养基继续培养20天获得人乳腺类器官[16]。成功培养的乳腺类器官对雌孕激素和催乳素产生反应,可以在催乳素刺激下分泌乳蛋白[16]。
Jennifer M.Rosenbluth等人尝试利用乳腺癌类器官培养基培养乳腺类器官,通过在基础培养中添加EGF、B27补充剂、TGF-β抑制剂(A83-01)、R-spondin 1、FGF7、FGF10、p38抑制剂(SB202190)、Heregulinβ1和Noggin,有效提高了乳腺类器官培养物的培养成功率(95%)[19]。与其他类器官系统一样,成功建立的乳腺类器官模型也可以在体外长期培养和传代[16,19]。
研究者建立的正常ASCs来源乳腺类器官培养体系,可以在短时间内培养患者的乳腺组织类器官。在类器官中,我们可以看到乳腺组织的显微结构(包括导管和小叶),以及在人类乳房中的相似基质细胞类型。一旦成功建立了乳腺类器官模型,就可以进行干预或基因编辑,以进一步探究乳腺发育以及乳腺癌发生发展的分子机理。