本文来源：类器官学社

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文章介绍

2022年12月，来自新加坡的研究者们在期刊Advanced Healthcare Materials（IF:9.995）发表了一篇题为“Defined Alginate Hydrogels Support Spinal Cord Organoid Derivation, Maturation, and Modeling of Spinal Cord Diseases”的文章。

文章介绍了使用定型藻酸盐水凝胶进行脊髓类器官的衍生、成熟和脊髓疾病建模。探索了藻酸盐水凝胶在类器官培养中替代基质胶的潜力，结果令人欣喜。藻酸盐包裹可减少类器官大小的变化，支持神经发生和胶质细胞生成，并能更好地控制神经命运的规范。此外，研究还证明了将基于藻酸盐的类器官培养物作为疾病模型是可行的。

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摘要

Abstract

在生成类器官的过程中，基底膜提取物或基质胶通常被用来包裹细胞，但它们的定义不明确，导致出现可重复性问题。虽然定义水凝胶越来越多地被用于类器官培养，但用定义水凝胶替代基质胶对类器官内神经祖细胞生长、神经分化和成熟的影响还没有得到很好的研究。

本研究探讨了在脊髓类器官生成中使用藻酸盐水凝胶作为 基质胶的替代物。研究发现，藻酸盐包裹可防止类器官聚集，从而减少类器官大小的变化。此外，使用藻酸盐还能降低非脊髓标记物（如 FOXA2）的表达，这表明藻酸盐能更好地控制神经命运的形成。为了证明将基于藻酸盐的类器官培养物用作疾病模型的可行性，研究人员使用了一对与导致渐冻人症的突变 TDP43G298S 不一致的同源诱导多能干细胞，在突变类器官中观察到了更多的 TDP43 错定位。这项研究表明，在需要无异种和完全确定的三维培养条件时，藻酸盐是脊髓类器官衍生中基质胶的理想替代品。

#2

研究方法

Methods

研究人员使用了诱导多能干细胞（iPSCs）来生成脊髓类器官，然后将其培养在基质胶和海藻酸盐水凝胶中，比较了两种凝胶对类器官生成和神经命运规范的影响。此外，研究人员还使用了基因编辑技术来制备携带ALS相关突变的iPSCs，并将其用于疾病模型的构建。在研究过程中，研究人员还使用了统计学方法来分析实验结果。具体步骤如下：

1. iPSCs的培养和诱导：研究人员使用BJ-iPS和BJ-TDP43 G298S等iPSCs，将其培养在基质胶涂层的培养皿中，并使用MACS iPS-Brew培养基进行诱导。

2. 脊髓类器官的生成和培养：研究人员使用iPSCs来生成脊髓类器官，并将其培养在基质胶和海藻酸盐水凝胶中，比较了两种凝胶对器官生成和神经命运规范的影响。

3. RNA测序和数据分析：研究人员对脊髓类器官进行RNA测序，并使用生物信息学方法对数据进行分析，以了解不同时间点的细胞类型和基因表达情况。

4. 疾病模型的构建：研究人员使用基因编辑技术制备携带ALS相关突变的iPSCs，并将其用于疾病模型的构建。

5. 实验结果的统计学分析：研究人员使用统计学方法对实验结果进行分析，以确定不同组之间的差异是否显著。

#3

讨论

Discussion

在生成脊髓类器官时，使用藻酸盐水凝胶与基质胶有何不同？

1. 基质胶和藻酸盐水凝胶可以更好地控制类器官的大小和形状，减少了类器官的聚集和变形，从而提高了类器官的可重复性和稳定性。

2. 使用藻酸盐水凝胶可以更好地控制神经命运规范，促进神经细胞的分化和成熟，从而提高了类器官的功能性。

3. 藻酸盐水凝胶具有良好的生物相容性和低成本，可以更好地满足大规模生产和应用的需求。

如何将基于藻酸盐的类器官培养用作 ALS 的疾病模型？

研究人员使用基因编辑技术制备了携带ALS相关突变的iPSCs，并将其用于疾病模型的构建。具体而言，研究人员将这些突变的iPSCs分别培养在基质胶和藻酸盐水凝胶中，生成脊髓类器官，并比较了两种凝胶对TDP43蛋白质的表达和定位的影响。结果表明，携带ALS相关突变的iPSCs在藻酸盐水凝胶中生成的脊髓类器官中，TDP43蛋白质的定位异常，表现出了类似于ALS的病理学特征，证明了这种基于藻酸盐的类器官培养可以用作ALS的疾病模型。

因此，要将基于藻酸盐的类器官培养用作ALS的疾病模型，需要先制备携带ALS相关突变的iPSCs，并将其分别培养在基质胶和藻酸盐水凝胶中，生成脊髓类器官。然后，需要比较两种凝胶对TDP43蛋白质的表达和定位的影响，以确定哪种凝胶更适合用作ALS的疾病模型。最后，需要对这些类器官进行进一步的研究，以了解ALS的发病机制和寻找治疗方法。

图1 脊髓类器官活力不受基质凝胶或海藻酸盐的影响。

图2 海藻酸盐支持脊髓类器官的神经发生。

图3 海藻酸盐支持脊髓类器官中类似于基质器官的胶质生成。

图4 RNA-Seq结果比较在基质胶、1%海藻酸盐或2%藻酸盐海藻酸盐中培养的脊髓类器官。

图5 脑和脊髓标记物在脊髓类器官中的表达，而在基质凝胶中脑标记物的表达较高。

图6 基于海藻酸盐的类器官概括了疾病的关键分子表型。

#4

总结

Suggestion

总的来说，这篇论文主要使用了细胞培养、分子生物学和生物信息学等多种技术手段，以探究基质胶和海藻酸盐水凝胶对脊髓类器官生成和神经命运规范的影响，并构建了携带ALS相关突变的iPSCs的疾病模型，证明了这种模型的可行性。它提供了一种新的方法来生成和培养脊髓类器官，并且可以更好地控制神经命运规范。这种方法可以用于研究神经发育和疾病模型的构建，为神经科学领域的研究提供了新的思路和方法。

参考信息

Defined Alginate Hydrogels Support Spinal Cord Organoid

Derivation, Maturation, and Modeling of Spinal Cord

Diseases.Adv Healthc Mater

. 2023 Apr;12(9):e2202342. doi: 10.1002/adhm.202202342.PMID: 36502337.

本文来源：类器官学社

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