在生命科学与医学研究领域,类器官已成为备受关注的“明星模型”,在疾病机制探索、药物筛选和精准医疗等方向表现出色。然而,许多科研工作者在类器官培养中常常遇到“无法形成结构”、“细胞活性不足”及“传代失败”等挑战。分析其原因,细胞因子的选择与配比可能是成败的关键所在!接下来,我们将结合类器官经典培养方案WENR(Wnt3a、EGF、Noggin、R-Spondins),详细解析这“四大护法”如何发挥各自的优势,帮助您成功克服类器官培养的困难。
WENR方案的经典地位
WENR(或称WNER)方案由荷兰Hubrecht研究所的Hans Clevers团队首次开发,其核心成分包括Wnt-3a、EGF、Noggin和R-Spondins。这四种成分被视为类器官培养的“保护神”。WENR方案在实际应用中不断演化,与其他细胞因子或小分子抑制剂巧妙结合,衍生出多种适用于不同类器官构建的培养条件。目前,该方案已广泛应用于胃、小肠、结肠、胰腺及肝脏等类器官的培养。
WENR“四大护法”功能解析
1. Wnt-3a:干细胞增殖的“发动机”
Wnt-3a作为经典Wnt通路的激活剂,能够稳定β-catenin蛋白,启动下游靶基因(如c-Myc、CyclinD1),在细胞发育、增殖及分化中发挥重要作用。研究表明,无论源自何种成体干细胞,其衍生的类器官在增殖、干性维持及终末分化等环节均依赖于Wnt信号通路。在小鼠结肠类器官生成过程中,外源性Wnt-3a的加入对于其增殖至关重要,缺少Wnt-3a的类器官无法存活超过三天。
2. EGF:细胞增殖的“加速器”
表皮生长因子(EGF)通过与受体结合,激活MAPK/ERK通路,促进细胞的增殖和存活。EGF能够刺激上皮细胞增殖、血管生成和表皮细胞的分化,从而推动类器官三维结构的形成。EGF广泛应用于多个类器官的培养中,尽管它并非必需因子,但能够显著增加类器官的体积。
3. Noggin:抑制分化的“守门员”
Noggin作为骨形态发生蛋白(BMP)的内源性抑制剂,通过阻断BMP与受体的结合,促进干细胞增殖,为类器官的形成提供充足细胞。Noggin不仅抑制BMP信号通路,还调控细胞的分化过程。在类器官培养中,通常与Wnt-3a和R-Spondins共同使用,以促进生长和分化。
4. R-Spondins:Wnt信号的“放大器”
R-spondin通过与Frizzled和LRP5/6受体结合,增强Wnt信号的表达,以促进干细胞的增殖及类器官结构的形成。研究表明,缺少R-spondin时,类器官的生长会停滞。此外,R-spondin的浓度对类器官的生长状态有明显影响,适当选择浓度能促进更快的生长。
WENR方案使用的注意事项
在使用WENR方案时,需严格控制Wnt-3a的浓度,以避免类器官结构的紊乱。同时,R-spondin需与Wnt-3a协同使用,其单独应用效果有限。一般推荐Wnt-3a的使用浓度为50-100ng/mL,并可以根据养殖进展动态调整。此外,由于EGF易被蛋白酶降解,建议使用无血清培养基,而EGF的使用浓度通常设定为50ng/mL。实验中还应定期更换培养基,以预防细胞的异常分化。
在长期培养类器官时,Noggin与Wnt-3a的结合是关键。此外,BMP信号的过度激活会导致类器官形成囊状结构,失去功能性。因此,对于不同组织来源的类器官,可能需要特异性选择不同亚型的R-spondin。此外,Wnt-3a和R-spondin在储存时应分装并保持在-80℃以防失活。
通过以上分析,希望能为您在类器官培养的实践中提供帮助,助力您的研究取得成功!同时,记得关注利来国际以获取更多优质细胞因子资源,进一步推动您的科研进展。