下面的文章原载于2020年6月1日，在技术网络在这里．
克服二维细胞培养的局限性
在过去的一个世纪里，无数的医学突破，包括新药的发现，都是从二维(2D)细胞培养模型开始的。大多数基于细胞的试验仍然基于2D培养模型，但在烧瓶或平板中培养的2D单层细胞的局限性是显而易见的——细胞、组织和器官存在于三维，而不是二维，感兴趣的组织几乎总是由不止一种细胞类型组成。
三维(3D)细胞培养改变了生物学家和医学研究人员的细胞分析方法。1通过提供更大的生理相关性，3D文化缩小了两者之间的差距在体外化验和买卖2或人类胚胎化验。3.特别是类有机化合物，显示了其类似于生理学的复杂性和可制造性。通过直接共培养，或培养前体细胞的自我定向分化成不同的细胞类型，类器官捕获了许多测试细胞和它们的天然生态位之间的相关相互作用，包括与邻近结构细胞的化学交流，以及与细胞通常经历的生物通路的相互作用在活的有机体内．4.
的组织体和球体
“类器官”和“类球体”这两个术语经常互换使用，但在生理相关性方面的差异与本讨论密切相关。球形细胞通常是由单个细胞类型产生的自由漂浮的细胞聚集物。类器官来自培养的诱导多能干细胞、来自成人的器官祖细胞或癌症干细胞，所有这些细胞都具有不同的扩展和/或分化能力。5.此外，当前的类器官的生产协议是与其中细胞生长和测试的均相测定相容原位．
工业化生产的组织体阻碍了通常与出缩放生命系统（想对于生物制造CHO文化），具体吞吐量和一致性遇到的问题。6.正如我们将要学习，工作使用正确的工具减轻了大多数的这些问题。
气道类器官的意义
代表几十个组织类型及亚型的组织体，现在市售的，或通过已发布的协议进行访问。这些措施包括3D模型的肝脏，心脏，胰腺，脑，胃肠道，肾，7.值得注意的是，在世界抗击冠状病毒大流行之际，人类的呼吸道。8.
肺和呼吸道组织体是两种药物和疫苗开发兴趣，是人类呼吸系统疾病研究感染力，特别是具有挑战性的病毒疾病，如COVID-19的宝贵工具。气道类器官，其中包括多种细胞类型，并且其必须考虑电池 - 进气，细胞液体，和细胞 - 细胞相互作用的每一点复杂，因为它们代表了生理实体。9.
中国和欧洲的研究人员最近描述了一种生产用于评估新型病毒在人类中的传染性的气道器官的方法。10.除了杯状、棒状和基底上皮细胞外，他们的技术还产生了包括可操作纤毛细胞在内的类器官，其数量与在气道中观察到的细胞相当。此外，类器官分泌丝氨酸蛋白酶，这是流感病毒感染细胞所必需的。
研究者认为区分气道组织体“形态和功能上模拟人体呼吸道上皮细胞和概念可以区分不良的人感染病毒的人感染流感病毒的证据。”此外，他们的方法生成可“无限期地”膨胀气道类器官 - 用于工业化的福音 - 和显示“显着的表型和基因型的稳定性。”
高吞吐量筛选
康宁和纳米线技术公司的科学家最近介绍了高通量评估3D气道器官基因表达的新方法。11.在过去的30年中，研究人员利用性支撑材料设计气液界面文化来研究气道。通过这种方法，气道祖细胞分化成主要呼吸道的细胞类型，最终组装成维修模型研究哮喘，囊性纤维化，以及其他呼吸道病症。
较早本文报道从原代人细胞衍生的，并生长在基质胶也形成3D结构由杯状，基底，和纤毛细胞的气道类器官，但无需可渗透的支撑结构。12.这一发现将研究人员从渗透率支撑模型的96口井产量限制中解放出来。首次实现了多达384个井的多路复用，甚至可能实现更高的吞吐量。
此外，新的分析格式允许使用基因表达谱比较工具nCounter®PlexSet™检测，比较健康和病变组织中的基因表达。PlexSet通过只需要细胞裂解，从而消除了与标准协议相关的几个样品制备步骤，从而进一步提高了吞吐量。
康宁还支持其他技术，以满足快速、低通量实验的需要。来自康宁的Transwell™24孔渗透性支架是细胞培养系统，由24孔接收板或储层中的渗透性培养插入物组成。13.
这两种方法在评估新的呼吸道病毒的传染性方面都是有用的，正如台湾的一个研究小组所描述的，该小组研究了分化的人类呼吸道器官来评估新出现的流感病毒的传染性。10.传染性是大流行性病毒的一个关键特征，在从动物到人类的病原体之间存在很大差异。为了评估气道器官模型预测这一特性的能力，研究人员在2D和3D细胞培养模型中测试了已知的优先感染动物载体或人类的菌株。作为对传统2D方法的改进，研究人员利用之前分化为相关气道成分细胞(特别是纤毛细胞)的3D类器官生成了2D气道模型。两种模型都区分了能够感染人类的病毒和不能感染人类的病毒。
在COVID-19大流行期间的新闻故事报道了该病毒的严重的非呼吸道的影响，即使是恢复个人。14.无论这些情况都是由于病毒或存在待观察感染遗体前。存在这些条件，但是，提出了组织体的进一步利用中几个有趣的可能性。
我们知道，COVID-19病毒影响消化道，因为20%的感染者报告至少有一种胃肠道症状。15.2020年5月，欧洲的一个研究小组引用此前使用呼吸道器官的研究成果，证实了导致COVID-19的病毒SARS-CoV-2会感染人类肠道肠细胞。16.他们的感染模型由在器官形成协议下分化的人肠道祖细胞组成，有利于四种不同的成熟细胞类型，通常在人肠道肠细胞中发现。人类肠细胞类器官模型进一步允许研究基因组改变和病毒相关细胞因子的表达。
结论
利用3D细胞培养和类器官的研究的近指数增长表明，类器官在药物发现、毒理学和基础生物学的基于细胞的检测中已经确立。8.在一种适合于原位化验。由于肺参与了如此多的疾病——不仅限于呼吸系统疾病——气道类器官是发现抗感染、癌症和其他肺部疾病药物、量化感染和病理、监测疾病进展以及发现疫苗的关键检测平台。
基于康宁生命科学的细胞外基质、试剂和培养器的类器官培养协议为探索类器官在气道疾病研究中的能力提供了一个完整的工具箱。最近文献中的例子表明，气道类器官可能产生的数量足以进行高通量筛选，并相对迅速地应对迫在眉睫或现有的传染病威胁。
撰稿伊丽莎白·亚伯拉罕，高级产品经理和希拉里·谢尔曼，高级应用科学家康宁生命科学。
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