在病變的晚期會大面積感染肺組織，可能會對肺功能造成嚴重的損害。在過去三年中，人類干細胞衍生的類器官已經(jīng)成為了新冠研究的有利工具。

 人肺類器官(human lung organoid, hLOs)擁有類似支氣管和肺泡的結(jié)構(gòu)，與人肺部組織結(jié)構(gòu)功能相似，培養(yǎng)過程復雜。研究人員利用小分子化合物和細胞因子誘導干細胞生成了內(nèi)胚層，再讓內(nèi)胚層形成三維組織，得到了類似胚胎中早期肺的組織，進一步使其發(fā)育成為肺部組織。

人肺類器官培養(yǎng)方案有很多種，接下來，我們根據(jù)Han和Alyssa J Miller等文章總結(jié)了人類多能干細胞(hPSC)形成人肺類器官和芽尖祖細胞類器官的大致過程[1][2]。

圖1 Alyssa J Miller等的hPSC形成人肺類器官和芽尖祖細胞類器官的過程[2]

         hPSCs用Accutase (40506ES)處理并接種到低吸附的6孔板上，重懸于含有10 μM Y-27632 (53006ES)、0.5 ng/mL human BMP4 (92053ES)、2.5 ng/mLhuman bFGF (91330ES)、100 ng/mL human Activin A (91702ES)的無血清分化培養(yǎng)基中培養(yǎng)3-4天。

         為誘導前腸球體，更換培養(yǎng)基為前腸分化培養(yǎng)基：DMEM/F12培養(yǎng)基中添加1× N-2 (60706ES)、1× B27 (60704ES)、10 mM HEPES (60117ES)、1× L-谷氨酰胺(60314ES)、10 µM SB431542 (53004ES)、200 ng/mL human Noggin (92528ES)、1 µM SAG(53257ES)、500 ng/mL human FGF4 (91303ES)和2 µM CHIR99021 (53003ES)，培養(yǎng)5天。

         然后在不破壞單層細胞的情況下收集漂浮的球體，離心后轉(zhuǎn)移至新的離心管中，接種至含有Matrigel膠的平板中，37°C靜置。

圖2 前腸球體的明場圖片[2]

         向前腸球體中加入人肺類器官誘導培養(yǎng)基：DMEM/F12培養(yǎng)基中添加1× N-2 (60706ES)、1× B27 (60704ES)、1% FBS、10 mM HEPES (60117ES)、1× L-谷氨酰胺(60314ES)、500 ng/mL human FGF10(91306ES)進行培養(yǎng)，每兩周換液。

大約需要50天可以產(chǎn)生人肺類器官，并且具有氣道樣上皮細胞，周圍環(huán)繞著間充質(zhì)細胞和表達肺泡細胞型標記物的上皮細胞的彌散網(wǎng)絡(luò)。

圖3 人肺類器官預期生長模式的明場圖像[2]

         向前腸球體中加入人肺類器官誘導培養(yǎng)基：DMEM/F12培養(yǎng)基中添加1× N-2 (60706ES)、1× B27 (60704ES)、10 mM HEPES  (60117ES)、1× L-谷氨酰胺(60314ES)、10 ng/mL humanFGF7 (91304ES)、0.5% BSA (36102ES)、50 µg/mL抗壞血酸(53614ES)、3 µM CHIR99021 (53003ES)、50 nM ATRA(53001ES)和0.4 µM monothio-glycerol，進行培養(yǎng)，每2-3天換液，會生成芽尖祖細胞類器官。

         培養(yǎng)22天后，芽尖祖細胞類器官含有高度富集和增殖的、轉(zhuǎn)錄類似于人類胎兒芽尖祖細胞的SOX2+ - SOX9+ ID2+ NKX2.1+種群細胞。

圖4 芽尖祖細胞類器官生長模式的明場圖像[2]

[1] Han Y, et al. Identification of SARS-CoV-2 inhibitors using lung and colonic organoids. Nature. 2021 Jan;589(7841):270-275.

[2] Miller AJ, et al. Generation of lung organoids from human pluripotent stem cells in vitro. Nat Protoc. 2019 Feb;14(2):518-540.