输注异基因耐受性DC产生的外囊泡体引发输血相关急性肺损伤风险的研究

目的探讨利用耐受性的树突状细胞(dendritic cell,DC)分泌的细胞外囊泡(extracellular vesicles,EVs)干预感染后输血相关急性肺损伤(transfusion-related acute lung injury,TRALI)策略的风险。方法体外诱导小鼠骨髓来源的DC细胞用雷帕霉素处理诱导成耐受性DC,收集其培养上清,通过梯度离心法收获EVs。利用LPS和抗H2Kd抗体诱导Balb/c小鼠为TRALI疾病模型,并尝试用同基因的雷帕霉素-DC或者异基因的雷帕霉素-DC分泌的EV对TRALI小鼠进行干预,观察并记录发病小鼠的一系列数据。结果与TRALI发病组相比,使用雷帕霉素处理后的同基因耐受性DC对TRALI发病小鼠进行干预后,小鼠的死亡率显著下降。当用异基因耐受性DC(雷帕霉素处理后)产生的EVs进行干预组的肺湿/干比率、胸腔积液和体温与仅用LPS和H2Kd抗体处理组小鼠没有显著性差异。来源于耐受性细胞异基因EVs与LPS联合后不诱发小鼠的TRALI,但是EVs干预后的死亡率与注射浓度呈正相关。结论雷帕霉素处理后的同基因DC对感染后TRALI具有保护作用,并且该耐受细胞的异基因细胞外囊泡联合LPS后本身并不引起呼吸窘迫现象,当这种异基因外囊泡体输注联合抗白细胞抗体时,却加重了TRALI的死亡风险。本研究数据提示,异基因外囊泡体的应用与输血同时进行时,也许可能会加重TRALI死亡风险。

食源性致病菌感染体内外肠道模型研究进展

体内外肠道模型是研究食源性致病菌的重要科学工具之一,已被广泛应用于食源性致病菌感染的致病机理、基因表型、耐受性、免疫反应和疫苗开发等研究领域。目前,国内外对食源性致病菌肠道模型的研究已有诸多进展,但缺乏较为系统的总结。本文对近年来研究食源性致病菌的体内外肠道模型进行了系统阐述。分别归纳了啮齿类、非人灵长类和其他一些动物模型在食源性致病菌研究中的应用进展,并系统阐述了细胞模型、肠道类器官等体外模型的研究进展及其应用价值和前景,最后分析和讨论了不同肠道模型在食源性致病菌研究中的优劣势。体内动物模型可全面评价食源性致病菌的宏观感染进程以及宿主免疫反应,但由于物种差异,结果不能完全适用于人类;体外三维细胞模型,尤其是肠道类器官和器官芯片,采用人体细胞,不存在种源差异,在研究食源性致病菌微观层面上的致病机制、细胞和组织趋向性方面潜力巨大。本文的进展研究,将为研究食源性致病菌提供科学依据和参考。

COPD细胞微环境体外模型建立的思路与方法

慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease, COPD)是危害公众健康的重大慢性疾病。COPD病理机制复杂,细胞微环境改变是其病理生理的重要组成部分。细胞培养技术是研究COPD病理机制及药效药理评价的重要工具。该文介绍了肺内细胞微环境的基本构成,COPD病理进程中细胞微环境变化,总结了细胞微环境体外模型在COPD机制研究中的应用,提出COPD细胞微环境体外模型建立的思路与方法。

神经干细胞来源的外泌体促进线粒体在阿尔茨海默病小鼠模型中的生物发生和恢复异常的蛋白分布

线粒体功能障碍是阿尔茨海默氏病的一个标志。我们之前的研究表明,神经干细胞来源的细胞外囊泡改善了APP/PS1小鼠皮质的线粒体功能。因为阿尔茨海默氏症会影响整个大脑,所以需要进一步的研究来阐明整个大脑中线粒体代谢的改变。在这里,我们研究了神经干细胞来源的外泌体治疗后多个重要的线粒体生物发生相关细胞因子在多个脑区域的表达,并结合全脑清除.

类器官及其芯片--生物医药研究的新模型

体外培养的哺乳动物和人的组织、器官作为生物、医药研究的模型,经历了100余年的探索及进步,历久弥新。经过最初40年的外植物三维(explant,3D)培养阶段,到中间50~60年的细胞系(2D)建立,迎来了当下的2个阶段的结合——类器官培养(获取游离单细胞后再进行3D培养)时代。类器官模型第一个热潮在20世纪70年代,目前又迎来了空前高涨的第二个热潮。类器官是由具有增殖能力的细胞在特定的3D体外微环境中自组织发育而来,能够高度模拟体内细胞行为、组织结构和器官功能,与其他体外模型相比具有更高的异质性和更好的可编辑性。2013年类器官技术被《Science》杂志评为世界年度十大技术之一。2021年,类器官被列为我国“十四五”国家重点研发计划重点专项,“肿瘤类器官诊治平台的质量控制标准中国专家共识”的提出也使类器官技术的应用更为规范。特别是类器官培养技术与微流控结合、芯片技术结合而发展的类器官芯片更令人耳目一新,可以设想:一块芯片上模拟一个人全身的各器官(person-on-chip)或者是一群人的某一个类器官(population-on-chip)构建的类器官芯片,在个性化研究或者是群体研究中的应用,非常值得期待。

人类胎盘体外循环灌注模型的建立

目的 建立人类胎盘体外循环灌注模型。方法 体外模拟子宫环境，以安替比林为参照物，选用自然分娩或剖宫产刚娩出的健康、完整、足月的人类胎盘，在其胎儿面选择供应同一胎盘小叶的一对脐动静脉，穿刺插管后建立单个胎盘小叶的胎儿循环；胎儿面向下固定于胎盘室内，放置于37℃恒温水浴中，将一端接有导管的两根钝头针插入同一胎盘小叶的绒毛间隙内2~3 mm，建立母体循环。以蠕动泵为循环动力，向同一胎盘小叶的母体侧和胎儿侧供应胎盘灌流液，建立同一个胎盘小叶母体和胎儿双向闭合循环。在母体池中加入安替比林100 mg·L-1，循环灌注3 h。测定胎儿循环侧液体的渗漏率；采用高效液相色谱法于循环开始0，5，10，15，20，30，45，60，75，90，105，120，150和180 min测定安替比林的浓度计算胎盘透过率，并测定循环开始后0，30，60，90，120，150和180 min母体池和胎儿池中的胎盘灌流液的pH值。结果本研究成功建立人类胎盘体外循环灌注模型20例。在持续循环的3 h过程中，母体池和胎儿池灌流液pH值均维持在7.2~7.4范围内；胎儿侧漏液率为（2.47±1.27）ml·h-1；循环结束时，阳性标记物安替比林的胎盘透过率为（36.62±5.08）%。结论 本研究建立的人类胎盘体外循环灌注模型可用于药物的胎盘透过性研究，为妊娠期用药安全性提供可靠的体外研究模型和理论支持。

胎盘体外模型的研究进展

胎盘是妊娠期间维持胎儿生命的重要过渡性器官,其发育和功能障碍是早产、先兆子痫、宫内生长受限等妊娠并发症的原因。了解胎盘的发育和功能对于阐明相关疾病的发病机制具有重要意义。然而,由于伦理和早期的技术限制,对于胎盘的研究并不充分。近年来,研究人员探索出体外人胎盘小叶灌注模型、胎盘芯片以及滋养层干细胞和类器官培养模型,用于模拟胎盘、研究胎盘的发育和功能。本文简述了胎盘的生理结构和上述三种体外胎盘研究模型的进展,以及它们用于胎盘研究的进展和存在的挑战。

小鼠造血干细胞体外衰老模型的构建及其相关生物学

目的建立造血干细胞(HSCs)体外衰老模型,探讨其衰老的相关生物学调控机制,为寻找延缓HSC衰老方法奠定基础。方法用免疫磁性分选法分离、纯化小鼠Sca-1+HSCs,用流式细胞术鉴定分选细胞纯度,免疫荧光检测分选细胞Sca-1+表达。用三丁基过氧化氢(t-BHP)100μmol/L诱导Sca-1+HSCs 6h,建立HSCs衰老体外模型。采用造血祖细胞集落培养,细胞周期分析和衰老相关β-半乳糖苷酶(SA-β-gal)染色观察衰老HSCs的生物学特点。DNA印迹法(Southern blotting)与TRAP-PCR SYBR Green染色法检测HSCs端粒长度和端粒酶活性。RT-PCR法检测衰老相关基因p16Ink4a、p19Arf、p53、p21Cip1/Waf1 mRNA的表达水平。结果免疫磁性分选法分离、纯化的Sca-1+HSCs纯度可达(87.33±1.25)%。100μmol/L的t-BHP作用Sca-1+HSCs 6h,其体外培养形成造血祖细胞集落能力,自我更新及多向分化潜能显著低于对照组,处于G1期细胞比例增加,SA-β-gal染色阳性细胞数增加。衰老Sca-1+HSCs的端粒缩短,端粒酶活性下降,p16Ink4a、p19Arf、p53、p21Cip1/Waf1mRNA的表达水平明显增高。结论用t-BHP能建立Sca-1+HSCs体外细胞衰老模型,提示p16Ink4a-Rb通路和p19Arf-Mdm2-p53-p21Cip1/Waf1通路在t-BHP诱导Sca-1+HSCs衰老过程中发挥重要作用。

药物经鼻-脑转运的离体牛嗅黏膜模型及体内外相关性

分离牛嗅黏膜,以石杉碱甲和盐酸锥双净为模型药物,用Franz扩散池,建立评价药物经鼻-脑转运的体外模型。通过测定药物透牛嗅黏膜的累积扩散率,考察药物亲脂性、浓度、pH、剂型和促透剂对其透黏膜扩散的影响,并通过测定鼻腔给药后大鼠脑脊液的药物浓度评价本模型的体内外相关性。结果表明药物透牛嗅黏膜转运以被动扩散为主,亲脂性是影响扩散的关键因素。药物透牛嗅黏膜累积扩散率与大鼠脑脊液药时曲线下面积线性相关。本研究建立的离体牛嗅黏膜模型实验手段简便,适用于经鼻脑靶向给药系统的体外评价。

运动神经元病体外器官模型的建立

目的:利用微孔膜器官型脊髓组织片培养的方法,加入适当剂量的线粒体功能抑制剂丙二酸钠,造成选择性运动神经元数目减少从而建立肌萎缩侧索硬化症 (ALS)的体外器官模型。方法:取出生后 6天的SD乳鼠的腰段脊髓冠状切片后将脊髓片置于微孔膜上进行培养,首先经丙二酸钠量效检测确定最佳丙二酸钠剂量。在培养第 3天时加入适量的丙二酸钠,维持此浓度继续培养至第 15天时结束培养,并利用免疫组化方法行运动神经元及中间神经元计数。结果:经丙二酸钠量效检测后确定 2mmol/L为最佳加入剂量 (存活率为 75%,P<0. 01)。造模实验结果显示,对照组的脊髓片内的运动神经元数目为每半侧 ( 15 29±1. 70 )个,丙二酸钠组为每半侧 ( 11. 00±2. 45)个, 两组比较差异有统计学意义(P<0. 01);两组中间神经元的数目略有减少,但两组间差异无统计学意义。结论:利用微孔膜进行器官型脊髓片培养并加入 2mmol/L丙二酸钠造成的此病理模型符合运动神经元病患者的特点,可重复性强,适用于ALS的发病机制、治疗等方面的研究。

胎盘屏障体外模型的应用与研究进展

胎盘作为联系母体和胎儿的独特的临时性器官,在妊娠期间发育并不断改变其结构和功能。作为物质交换的场所,其对病原体、外源化合物的屏障作用也保证了胎儿的健康发育。由于物种间生理差异与人类伦理约束的影响,目前的研究还存在很多局限性。胎盘屏障体外模型的发展将为探究药物与毒物透过胎盘屏障的转运代谢过程、妊娠并发症与合并症对胎儿的影响带来更多详细信息。本文通过对胎盘灌注、滋养层细胞与组织培养、类器官、胎盘微流控芯片等模型进行评价,综述其在药理与毒理研究中的应用,提示此类模型对妊娠期药物疗效评估、胎儿宫内治疗、围产期新药开发等具临床前瞻性意义。

糖脂代谢体外模型研究进展

糖代谢和脂代谢作为机体的两大基础代谢,二者的动态平衡对于维持机体稳态至关重要。目前糖尿病、超重和肥胖等糖脂代谢紊乱性疾病正严重危害公共卫生安全,由于发病机制复杂,相关药物研发亟需合适的糖脂代谢模型。此外,肿瘤细胞在适宜环境下表现出的无限增殖特性,主要是通过糖酵解和氧化磷酸化(OXPHOS)过程的相互转换实现的,因此糖脂代谢模型研究对于肿瘤治疗也有重要意义。体外3D模型可模拟细胞与细胞、细胞与细胞外基质相互作用,相较于2D模型而言更加接近体内环境,并可通过多细胞共培养进一步提高其体内相似性。细胞球样体和器官芯片是目前糖脂代谢体外研究的两种主要3D模型,对于糖脂代谢机制研究和药物筛选有重要作用,但这两种模型的糖脂代谢能力与生理水平相比仍有一定差距。

基于体素模型的光子外照射大鼠器官剂量模拟计算

获得外照射条件下的大鼠器官剂量,对于放射医学剂量-效应关系研究具有重要意义。本文基于大鼠微型CT图像建立大鼠体素模型,并研究光子外照射情况下大鼠器官剂量。大鼠体素模型质量323.7 g,单个体素尺寸为0.16 mm×0.16 mm×2 mm,包含大鼠大部分关键器官和组织。利用蒙特卡罗模拟程序MCNP计算获得了4种照射几何条件、21个单能(10 keV^10 MeV)平行光子束外照射情况下的器官剂量转换系数,最后对器官剂量随光子能量的变化进行了分析与讨论。

制剂体内外相关性研究进展

综述体内外相关性(IVIVC)研究模型的建立、实验方法与步骤以及发展策略的最新研究进展。并指出目前IVIVC研究的局限性和体外实验的新方法。IVIVC研究中不存在通用的体外模型,因此IVIVC研究只能进行逐例建模。综合药物理化性质、生物药剂学特征、剂型设计和它们与消化道的相互作用对IVIVC研究十分重要。

粘膜类天疱疮的体外器官培养模型

粘膜类天疱疮(MMP)又称瘢痕性类天疱疮,是一种较少见的粘膜疱性疾病,好发于口腔、眼结合膜等体窍粘膜。本研究的目的:①采用间接免疫荧光法(IIF)证实MMP忠者血浆中的自身循环抗体(抗基底膜抗体)与正常人口腔颊粘膜有无特异性结合;

膝外翻畸形全膝关节置换的假体匹配:三维模型数字化测量与分析

背景:膝外翻畸形常需人工全膝关节置换来矫形,人工全膝关节置换选用假体与膝关节相匹配程度明显影响置换后长期效果。目前国内使用率较高的仍然是依据西方人数据设计的假体系统,应用于国人往往达不到最好匹配。目的:探讨股骨髁及胫骨平台的解剖形态学异常,为膝外翻畸形的全膝关节置换提供解剖学数据。方法:对41例(53膝)成人膝外翻畸形进行CT扫描,图像导入Mimics 10.01软件建立数字化三维模型,测量相关解剖参数,分析其分布规律与相关关系。将膝关节相关参数与单膝畸形患者的健侧正常膝(对照组29膝)进行比较。结果与结论:膝外翻畸形X射线片显示股胫角为(15.4±5.1)°,冠状面上测量股骨解剖轴与股骨远端关节面的外侧夹角(76.6±1.2)°减小,胫骨解剖轴与胫骨近端关节面的内侧夹角(95.8±0.5)°增大。CT显示通髁线与股骨髁远端关节面切线的夹角(6.5±1.3)°增大、通髁线与股骨髁后方关节面切线的夹角通髁线与股骨髁后方关节面切线的夹角(5.2±1.2)°增大。以上测量指标与对照组比较,差异有显著性意义(P<0.05)。提示在膝外翻畸形全膝关节置换中,应注意股骨髁和胫骨平台的解剖学异常。

类器官模型国内外数据库近10年文献研究热点分析

背景:类器官模型可部分还原细胞在体内的组织和分子特性,是一种有良好潜力的临床前模型。与传统精准、再生医学手段相比,类器官能最大程度模拟体内器官,具有组织器官功能;类器官药物敏感性数据较全基因组测序更加准确;能与体外基因编辑技术结合,实现器官水平上的基因改造。目的:总结和分析近10年国内外数据库类器官模型文献的研究热点。方法:计算机检索万方、Web of Science、中国临床试验注册中心、北美临床试验注册中心及SooPAT中国专利数据库与类器官相关的近10年文献,对类器官模型文献的研究热点进行分析总结。结果与结论:①万方数据库检索结果:纳入187篇文献,2019年类器官中文研究呈爆发式增长,其中肠类器官模型研究较多,主要应用领域包括精准医疗、肿瘤研究和个体化医疗;②Web of Science数据库(核心集)检索结果:共纳入2450篇文献,采用Histcite软件分析20篇高被引文章筛选出5条类器官原始经典文献,分别介绍了肠道类器官、多能干细胞衍生的三维大脑类器官、从活检标本和循环肿瘤细胞中长期培养的前列腺癌类器官、含有肾单位的肾类器官及人胃组织三维类器官模型的构建方法,均分别为各领域的开山之作,为类器官后续研究打下了基础;③临床注册信息检索结果:检索到与类器官研究有关的中国临床注册方案13篇,北美临床注册方案23篇,美国类器官临床研究领域更广泛,开展时间更早,但多为队列研究和单臂试验,而中国近年来在类器官临床研究领域已经取得了一些成果,有2个受人瞩目的随机对照试验方案正在进行中;④SooPAT中国专利数据库检索结果:共检索到55项有权专利,主要专利技术涉及3D大脑类器官新型培养方法,高通量3D细胞、类组织及类器官动态培养系统的研发等;⑤上述数据说明,目前研究者已经能够成功构建出多种模拟人体器官功能的类器官体外模型(如肠、脑、肾及各种癌组织),但由于缺乏足够的临床随机对照试验证据,因此临床适用性还有待探讨,而利用癌症患者的肿瘤组织直接培养生成体外肿瘤类器官,分析潜在的药物治疗靶点,进行抗癌药物筛选及开发抗肿瘤新药,将是未来类器官领域主要研究方向。

研制速释口服剂型时体外-体内相关的考虑

基于体外研究预测药物剂型的体内过程的原理和方法,用来最大程度减少药物研制期间动物和人体试验的费用。物化因素包括药物在水中的溶解度,与生理有关的水介质,pKa和药物离子化特点,盐的种类,药物扩散层pH,颗粒大小及药物的多态性等。生物药剂因素包括药物离子化效应,分配系数,极性表面积等。药物的渗透性及一些生理因素,即胃肠内容物,pH,通过时间等。本文讨论了用各种电脑虚拟,体外和体内方法估算药物的渗透性和吸收。

基于(类)器官芯片研究肝脏疾病的力学调控机制

目的肝脏是人体的重要器官,具有合成、代谢、免疫等多种功能,其结构、细胞组成及力学微环境复杂。现有的肝脏体外模型,如二维培养和类器官,在复现多细胞组成、三维组织结构和力学微环境方面仍有诸多不足,限制了肝脏疾病的发病机理研究和治疗手段研发。方法为了解决目前体外模型难以复现多细胞、多组织界面的问题,本研究将器官芯片技术和类器官相结合:构建了复现肝血窦和狄氏间隙结构、整合了4种肝系细胞的肝血窦芯片;在天然基质材料中构建了三维管状的胆管芯片,并结合胆管类器官,发展了人源血管化胆管类器官芯片。结果三维肝血窦芯片高度还原了肝血窦几何结构、细胞组成和流体剪切力学微环境,揭示了多细胞互作和血流剪切调控肝脏功能稳态和免疫应答的新机制,并应用肝再生中力学调控机制的研究;胆管芯片高度还原了胆管的三维结构以及生理功能,阐释了流动剪切下胆管的损伤及保护机制;人源血管化胆管类器官芯片高度还原了三维组织界面、流体剪切与免疫响应,帮助阐释了胆汁淤积性肝病的发病机理。结论通过构建上述多种结构与力学可控的肝脏器官芯片,可在体外高度还原肝脏生理微环境,为深入认识力学因素影响肝脏生理病理功能的调控机制、寻找肝脏疾病的治疗新思路提供基础。

旋转培养通过YAP核转位调节HepaRG来源肝脏类器官的形成

目的肝脏是人体碳水化合物和脂质代谢、解毒和蛋白质合成的主要枢纽,太空微重力环境可以造成肝脏生理力学环境变化,影响肝脏组织形态、细胞的增殖分化,甚至导致肝脏功能异常,但其影响机制尚不完全清楚。肝脏类器官是肝脏生理、病理研究的有效体外模型,结合地面旋转培养装置可研究微重力条件对肝脏类器官构建的影响。方法使用自行研制的扁平腔室旋转培养系统(RFC)研究地面旋转条件对肝祖细胞(Hepa RG细胞系)来源肝脏类器官构建的影响。将Hepa RG与基质胶混匀后接种到RFC培养腔室中,以10 r/min的速度培养7天,同时以静止腔室培养的肝脏类器官作为对照。使用免疫荧光、q PCR、组学分析等方法阐明地面旋转条件对肝脏类器官构建的力学-生物耦合规律和机理。结果旋转组中肝脏类器官较对照组生长速度更快,形成的类器官投影面积更大。RNA-seq结果表明旋转组中肝脏类器官干性标志物(如SOX9和CD44)表达增加,该结果与q PCR和Simple western检测结果一致。旋转组中细胞表面整合素α6β4表达上升,由此介导YAP表达与核转位增强。使用维替泊芬(VP)抑制YAP核转位不利于肝类器官的干性维持。结论旋转培养可促进肝脏类器官的生长;通过促进细胞表面整合素α6β4表达增强YAP表达和核转位进而增强Hepa RG细胞来源肝脏类器官的多潜能性。