3D培养应用：重组层粘连蛋白蛛丝支架助力脑类器官研究

一、引言

在上一篇文章中，我们提到神经退行性疾病已对全球公共健康造成了巨大负担，这可归结于神经系统的发病机制复杂、治愈手段有限等现状，所以，对神经细胞功能调控与替代治疗的研究迫在眉睫。近年来，脑类器官逐步发展为一种重要的模型工具，在神经发育与疾病相关科学研究、新药开发以及精准治疗等场景均有所应用。本文将详细介绍一种采用重组层粘连蛋白蛛丝支架（Biosilk-Biolaminin支架）培育的脑类器官，其展现出诸多值得关注的特性。

二、亮点

• 避免坏死中心出现的类器官培养技
• 生成可重复的3D培养体系，减少类器官之间和其内部的变异
• 支持在Biosilk中有效地分化多能干细胞并构建模型组织
• 采用组织特异性层粘连蛋白亚型可有效调控细胞外基质

三、数据展示

🔸 在构建3D类器官结构方面，Biosilk中培养的类器官内外部差异较小、整体更均质，且在长期培养中避免了中心坏死的出现

传统的类器官（VM org）在培养过程中常面临内外部差异明显的问题，12天时即可观察到清晰的内外区分，而添加Biosilk的腹侧中脑类器官（Silk-VM org），同一时间的内外部分差异较小，整体结构更趋于均质（数据图1A）。此外，与传统类器官容易出现坏死中心不同，Biosilk类器官即使经过6个月的培养，仍能保持无坏死中心的状态（数据图1B），这得益于Biosilk的多孔网络结构——它能助力营养和氧气的流动，为细胞提供稳定的微环境，为长期观察神经发育过程或模拟慢性神经疾病提供了可能。

数据图1. 在Biosilk中及传统培养VM类器官的形态对比明场代表性图像（比例尺200μm）6个月时TUNEL染色（比例尺100μm）及Biosilk与传统水凝胶的结构对比示意图

🔸 在细胞分化与功能方面，重组层粘连蛋白蛛丝支架表现良好，可支持多能干细胞定向分化

重组层粘连蛋白蛛丝通过组织特异性层粘连蛋白亚型（如Biolaminin 111）调节细胞外基质，促进多巴胺能神经元的成熟（数据图2）。

数据图2. 在Biosilk中培养VM类器官，不同时期多巴胺能神经元功能性标志物免疫组化染色代表性图像

并且，培养90天的功能记录也证实，Biosilk类器官中的功能细胞分布较广，而传统类器官的功能细胞的分布则相对有限（数据图3）。

数据图3. VM类器官培养第90天使用全细胞膜片钳对Biosilk（右）与传统（左）类器官的功能检测对比

另外，培养4个月时，重组层粘连蛋白蛛丝较传统VM类器官中的多巴胺能神经元细胞簇的比例更高。

数据图4. 重组层粘连蛋白蛛丝及传统培养4个月时VM类器官中多巴胺能神经元的细胞簇的占比量化比较

🔸 可重复性是科研模型的重要要求之一，重组层粘连蛋白蛛丝支架，无论是类器官之间还是同一类器官内部的变异都明显减少

VM类器官培养1个月时，单细胞测序数据显示，重组层粘连蛋白蛛丝 VM类器官较传统类器官中各细胞类型集群的比例一致性更强，变异性更低。

数据图5. 重组层粘连蛋白蛛丝及传统培养的VM-类器官的单细胞RNA测序数据的UMAP图谱及培养1个月后各类器官中各类细胞簇所占比例的量化比较

此外，培养VM类器官2个月时的qRT-PCR分析也表明，重组层粘连蛋白蛛丝 111的类器官较传统类器官，对调控腹侧中脑类器官中关键基因（尤其是多巴胺能神经元相关 TH、DDC 等早期和晚期标志物）的表达有积极作用 ，可使类器官细胞功能更接近天然的生理状态 ，为神经发育、帕金森病等研究提供更优模型 ，使得研究结果更加可靠。

数据图6. 在重组层粘连蛋白蛛丝上以及传统培养的VM类器官中多巴胺能神经元标志物的转录组mRNA量化

四、总结

上述这些特性让重组层粘连蛋白蛛丝支架构建的脑类器官，在神经发育机制研究、神经疾病模型建立等领域，展现出巨大的应用潜力，为相关研究提供了更为便利的工具。让我们一起期待重组层粘连蛋白蛛丝在生物医学3D类器官模型构建、新药研发及精准医疗等场景中发挥出更多的价值！

参考资料

Brain organoid modeling to study- neural development and disease- Functional neural 3D cell constructs using 重组层粘连蛋白蛛丝 scaffold（From BioLamina）

（了解更多详细信息及获取原文件，请联系上海曼博生物！）

让我们共同关注细胞治疗领域的发展，期待更多突破！