在类器官培养实验中，许多研究者常常面临干细胞的增殖与分化失衡的问题。过度自我更新的干细胞可能导致细胞类型单一且分化受限，而过度分化则会降低干细胞的增殖能力，使得类器官难以维持长期培养。器官在生物体内需要保持增殖与分化的良好平衡，若无法有效控制类器官的增殖与分化，也就无法真实模拟体内器官的功能。那么，如何实现类器官增殖与分化的有效平衡呢？

最近，发表于Nature Communications的一项研究成果为这个问题提供了新的思路。研究团队开发了一种新型的肠类器官培养系统，能够在统一的培养条件下快速促进干细胞的生长，并增加细胞多样性，从而在增殖和分化之间达成更好的平衡。

该研究团队的思路是：假设增强类器官的分化潜能就是增强其干细胞的分化能力。为此，他们首先利用CRISPR-Cas9技术建立了LGR5-mNeonGreen报告系统，筛选出能显著提高LGR5⁺干细胞比例的小分子组合，并验证这些条件下的细胞多样性与体内器官的相似性。在找到最佳小分子组合后，团队通过添加特定抑制剂和其他小分子来调节干细胞的分化和增殖之间的平衡，最终形成兼具高增殖能力与细胞多样性的人类小肠类器官系统（hSIO）。

基于这种研究思路，科研人员通过建立“干性”增强类器官系统、小分子功能分析以及信号通路分子调节等方法（详见附录），深入分析并筛选出能够增强细胞多样性和特定分化的小分子和细胞因子的组合，并初步探讨这些关键小分子的作用机制。

显然，实现类器官的增殖与分化平衡并不是简单的实验任务，需要从分子层面进行深入分析，以期使体外类器官模型能够更接近真实的体内器官，取得理想的实验结果。

团队研究方法概述

建立“干性”增强的类器官系统：研究人员利用CRISPR-Cas9技术构建了LGR5-mNeonGreen报告系统，以标记LGR5⁺干细胞，优化小分子和生长因子的组合来模拟干细胞的生理生态环境。研究发现小分子组合——曲古霉素A（TSA或T，HDAC抑制剂）、2-磷酸-l-抗坏血酸（pVc或p，维生素C）与CP673451（CP或C，PDGFR抑制剂）——能够显著增加LGR5阳性细胞的比例。

促进类器官中细胞多样性的产生：单细胞RNA测序（scRNA-seq）分析显示，TpC系统生成的类器官在组成与结构上与体内器官有高度相似性，支持在类器官中产生动态和可塑性的肠道细胞群体，展现出多谱系生成和细胞可塑性的潜力。

小分子在系统建立中的关键作用：研究通过流式细胞术、免疫荧光染色、RT-qPCR及scRNA-seq等方法确认了小分子的作用机制。例如，TSA通过靶向HDACMBD-NuRD复合物来增强LGR5干细胞的维持，而iBET-151则能可逆地促进细胞的增殖，抑制其向分泌细胞的分化。

特定信号调节分子促进类器官谱系转变：通过调节Wnt、Notch和BMP等信号通路，实现了从分泌细胞向更具增殖性的肠上皮细胞系的逆转，或单向分化为特定肠道细胞类型。这一系列策略和结果，为我们提供了关于如何在类器官培养中实现细胞增殖与分化平衡的重要方向。

ag尊龙凯时提供了全套类器官培养试剂和基质胶类器官培养基，帮助科研团队更好地进行相关研究，以推动生物医疗领域的不断进步。