【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于生物医药领域，具体地说，涉及一种类器官模型及其构建方法和应用。
技术介绍
1、汉斯·克里夫实验室于2009年在nature杂志发表了先驱性的工作，证明不同于贴壁培养，悬浮培养的小鼠肠道干细胞团，若包裹在胞外基质蛋白中，可以自组装成类小肠样的上皮细胞三维结构，作者将这种悬浮培养方法得到的细胞模型命名为类器官(organoid)。随后科学家们将已经在平层培养的多能性干细胞上证明有效的分化方法批量地移植到三维培养的多能性干细胞团上，并陆续制造了视网膜类器官、内脏类器官、皮层类器官、肝类器官、肾类器官、血管网络类器官、心脏类器官，以及近两年刚刚发表的类囊胚、类原肠胚以及类神经管等模拟早期胚胎发育的细胞模型。
2、从类器官技术兴起至今已经发展了近12年，但已经报道的各种类器官模型仍然局限在单一器官种类之上。在胚胎发育过程中，原肠胚的三胚层分化是彼此依赖的，同理，在后续器官形成过程中，不同器官之间还必须相互“交流”以协同发育，协同成熟，这样才能在正确的位置上发育出正确的且具有正常功能的组织器官。如现有技术1(self-organizingoptic-cup morphogenesis in three-dimensional culture)，现有技术2(blastocyst-like structures generated from human pluripotent stem cells)都是单一种类的类器官模型。在单一种类的类器官模型的分化过程中，往往以复杂的培养条件取代上述胚层和器官之间的诱导过程，所以无
技术实现思路
1、本专利技术的第一方面，提供了一种多器官培养调节剂，所述的调节剂包括胚胎发育相关的信号通路激活剂和胚胎发育相关的信号通路抑制剂。
2、优选的，所述的胚胎发育相关的信号通路包括wnt信号通路、和/或tgf-β超家族信号通路。
3、优选的，所述的wnt信号通路的调节剂包括wnt信号通路激活剂和/或wnt信号通路抑制剂。
4、优选的，所述wnt信号通路激活剂的浓度为6-15μm中的任一数值，例如6μm、6.5μm、7μm、7.5μm、8μm、8.5μm、9μm、9.5μm、10μm、10.5μm、11μm、11.5μm、12μm、12.5μm、13μm、13.5μm、14μm、14.5μm、15μm。
5、优选的，所述wnt信号通路激活剂选自chir-99021、im-12、at7519、chir-98014、ky19382、cwp232291、tideglusib或wnt蛋白，所述的wnt蛋白包括但不限于wnt1、wnt3、wnt3a、wnt7a或wnt8，更优选的，所述的wnt信号通路激活剂为chir-99021或im-12。
6、所述的wnt信号通路激活剂促进胚层细胞分化，同时wnt通路激活后，wnt信号蛋白释放促进细胞团按照胚层结构形成“体轴”。
7、优选的，所述wnt信号通路抑制剂的浓度为0.5-5μm中的任一数值，例如0.5μm、1μm、1.5μm、2μm、2.5μm、3μm、3.5μm、4μm、4.5μm、5μm。
8、优选的，所述wnt信号通路抑制剂抑制wnt蛋白的释放而不影响wnt基因的表达，在保持中内胚层基因激活的情况下，提高外胚层细胞的分化潜能。
9、更优选的，所述wnt信号通路抑制剂选自wnt-c59、iwp2、xnw7201、lgk974、pdr001、cgx1321、rxc004或etc-1922159，进一步优选的，所述的wnt信号通路抑制剂为wnt-c59或iwp2。
10、优选的，所述的tgf-β超家族信号通路调节剂包括tgf-β超家族信号通路激活剂和/或tgf-β超家族信号通路抑制剂。
11、优选的，所述tgf-β超家族信号通路激活剂的浓度为40-60ng/ml中的任一数值，例如40ng/ml、45ng/ml、50ng/ml、55ng/ml、60ng/ml。
12、优选的，所述tgf-β超家族信号通路激活剂选自bmp4、activin a、nodal、sri-011381 hydrochloride或thbs1，更优选的，所述的tgf-β超家族信号通路激活剂为bmp4或nodal。
13、优选的，所述tgf-β超家族信号通路抑制剂的浓度为0.5-5μm中的任一数值，例如0.5μm、1μm、1.5μm、2μm、2.5μm、3μm、3.5μm、4μm、4.5μm、5μm。
14、优选的，所述的tgf-β超家族信号通路抑制剂选自选择性alk5抑制剂、tgfβreceptor i(tβri)抑制剂、选择性tgf-βreceptor type i/ii(tβri/ii)双重抑制剂、选择性ampk抑制剂、nuclear factor kappa b(nf-κb)抑制剂，和/或，i型bmp受体抑制剂等等。
15、优选的，所述的tgf-β超家族信号通路抑制剂包括bmp-smad通路抑制剂，所述bmp-smad通路抑制剂下调tgf-β信号通路中的基因表达。更优选的，bmp-smad通路抑制剂阻止外胚层、中胚层或内胚层中单个胚层的过渡分化，从而促进三胚层细胞协同分化。
16、所述的选择性alk5抑制剂选自sb431542、ldn-193189(dm3189)、gw788388、repsox(e-616452)和/或sd-208等等；
17、所述的tgfβreceptor i(tβri)抑制剂选自galunisertib(ly2157299)、sb525334、sb505124和/或ly364947(hts 466284)等等；
18、所述的选择性tgf-βreceptor type i/ii(tβri/ii)双重抑制剂选自例如ly2109761等等；
19、所述的选择性ampk抑制剂选自dorsomorphin 2hcl(bml-275,compound c)和/或pirfenidone(s-7701,amr-69)等等；
20、所述的nuclear factor kappa b(nf-κb)抑制剂选自柳氮磺嘧啶(sulfasalazine)等等；
21、所述的i型bmp受体抑制剂选自k02288等等。
22、优选的，所述tgf-β超家族信号通路抑制剂为sb-431542或ldn-193189。
23、优选的，所述多器官培养调节剂中的激活剂或抑制剂可以包括一个或者多个激活剂或抑制剂。
24、所述激活剂或抑制剂可以来自相同或者不同的信号通路。
25、在一个具体的实施方式中，所述多器官培养调节剂的激活本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种多器官培养调节剂，其特征在于，所述调节剂包括胚胎发育相关的信号通路激活剂和胚胎发育相关的信号通路抑制剂。
2.根据权利要求1所述的调节剂，其特征在于，所述的胚胎发育相关的信号通路包括Wnt信号通路、和/或TGF-β超家族信号通路。
3.一种多器官培养体系，其特征在于，所述的培养体系包括权利要求1-2任一所述的多器官培养调节剂；优选的，所述多器官培养体系还包括维持干细胞多能性的维持培养液、基础分化培养液、和/或多器官发育培养液。
4.权利要求1-2任一所述的多器官培养调节剂或者权利要求3所述的多器官培养体系在制备类器官模型中的应用，优选的，所述调节剂中的信号通路激活剂促进胚层细胞分化，所述调节剂中的信号通路抑制剂抑制信号通路蛋白的功能，和/或，抑制信号通路基因的表达。
5.一种类器官模型的构建方法，其特征在于，所述的构建方法包括1)悬浮培养多能干细胞，制备多能干细胞团；2)分化赋能培养多能干细胞团，所述分化赋能培养步骤包括向多能干细胞团时序施加权利要求1-2任一所述的多器官培养调节剂中的信号通路激活剂和抑制剂。
6
7.根据权利要求5-6任一所述的构建方法，其特征在于，所述信号通路激活剂或者抑制剂可以施加一个或者同时施加多个，所述多个可以是来自相同的信号通路的激活剂或者抑制剂，或者来自不同的信号通路的激活剂或者抑制剂，优选的，所述信号通路激活剂和抑制剂可以任意组合，更为优选的，
8.根据权利要求5-7任一所述的构建方法，其特征在于，所述的多能干细胞团周长C为0<C≤2.0mm,优选的，所述的多能干细胞团周长C为0.5-2.0mm，进一步优选的，所述的多能干细胞团周长C为0.8-2.0mm。
9.根据权利要求5-8任一所述的构建方法，其特征在于，所述的构建方法还包括3)发育培养赋能后的细胞团，获得类器官模型，优选的，向赋能后的细胞团施加多器官发育培养液进行发育培养，更优选的，所述的类器官模型包含一种以上的组织器官。
10.一种类器官模型，其特征在于，所述的类器官模型包含一种以上的组织器官。
11.根据权利要求10所述的类器官模型，其特征在于，所述的类器官模型至少包括中胚层发育的组织器官，更优选的，所述的组织器官包括外胚层、中胚层和内胚层中至少两个胚层发育的组织器官。
12.根据权利要求10-11任一所述的类器官模型，其特征在于，所述的类器官模型至少包括搏动心肌组织，优选的，所述的类器官模型包含中枢和外周神经系统、循环系统、和/或内脏管腔，更优选的，所述的类器官模型包含多种组织器官，所述的组织器官包含视网膜、神经嵴、中枢神经、外周神经、搏动心肌组织、血管内皮细胞网络、消化道及其附属器官(肝、胰腺)、和/或肾前体与生殖脊前体。
13.根据权利要求10-12任一所述的类器官模型，其特征在于，所述的类器官模型的组织器官按体轴形式排布，优选的，所述的排布为神经与心肌分处两极，内脏居于二者之间靠近心肌。
14.根据权利要求10-13任一所述的类器官模型，其特征在于，所述的类器官模型高表达脱离干细胞特性而具有三胚层分化特性的基因或蛋白，优选的，所述基因或蛋白包括WNT信号通路或TGF-β超家族信号通路、诱导多能性干细胞分化、外胚层分化、中胚层特化以及内胚层分化特性的基因或蛋白、建立体轴相关基因或蛋白、和/或增殖相关基因或蛋白。
15.一种权利要求10-14任一所述的类器官模型的应用，所述的应用包括：
...【技术特征摘要】
1.一种多器官培养调节剂，其特征在于，所述调节剂包括胚胎发育相关的信号通路激活剂和胚胎发育相关的信号通路抑制剂。
2.根据权利要求1所述的调节剂，其特征在于，所述的胚胎发育相关的信号通路包括wnt信号通路、和/或tgf-β超家族信号通路。
3.一种多器官培养体系，其特征在于，所述的培养体系包括权利要求1-2任一所述的多器官培养调节剂；优选的，所述多器官培养体系还包括维持干细胞多能性的维持培养液、基础分化培养液、和/或多器官发育培养液。
4.权利要求1-2任一所述的多器官培养调节剂或者权利要求3所述的多器官培养体系在制备类器官模型中的应用，优选的，所述调节剂中的信号通路激活剂促进胚层细胞分化，所述调节剂中的信号通路抑制剂抑制信号通路蛋白的功能，和/或，抑制信号通路基因的表达。
5.一种类器官模型的构建方法，其特征在于，所述的构建方法包括1)悬浮培养多能干细胞，制备多能干细胞团；2)分化赋能培养多能干细胞团，所述分化赋能培养步骤包括向多能干细胞团时序施加权利要求1-2任一所述的多器官培养调节剂中的信号通路激活剂和抑制剂。
6.根据权利要求5所述的构建方法，其特征在于，所述的时序施加包括施加信号通路激活剂后施加信号通路抑制剂，优选的，所述的信号通路激活剂和信号通路抑制剂的施加间隔时间h为0<h≤96小时，更优选的，所述的间隔时间h为48-96小时。
7.根据权利要求5-6任一所述的构建方法，其特征在于，所述信号通路激活剂或者抑制剂可以施加一个或者同时施加多个，所述多个可以是来自相同的信号通路的激活剂或者抑制剂，或者来自不同的信号通路的激活剂或者抑制剂，优选的，所述信号通路激活剂和抑制剂可以任意组合，更为优选的，
8.根据权利要求5-7任一所述的构建方法，其特征在于，所述的多能干细胞团周长c为0<c≤2.0mm...
【专利技术属性】
技术研发人员：王秀杰，张泽宇，谢冬芳，王猛，
申请(专利权)人：中国科学院遗传与发育生物学研究所，
类型：发明
国别省市：
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