在适当的物理和生化线索条件下，原代组织或多能干细胞（诱导的多能干细胞（iPSC）或胚胎干细胞（ESC））可以产生类器官。
物理线索：为细胞附着和存活提供支持，包含胶原蛋白、纤连蛋白、巢蛋白和层粘连蛋白等。
生化线索：调节信号通路，从而影响增殖、分化和自我更新，包括视黄酸、GSK3β抑制剂（AR-A014418、GNF4877、AZD1080），TGFβ抑制剂（A 83-01、RepSox、SB525334）、HDAC抑制剂（SAHA、Trichostatin A、Valproic acid）、ROCK抑制剂（Y-27632、Y-27632 dihydrochloride、Fasudil法舒地尔、Hydroxyfasudil羟基法舒地尔、Y-33075、Chroman 1、GSK429286A、Thiazovivin）、EGF、FGF10、HGF、R-spondin、WNT3A、头蛋白、激活素A、p38抑制剂（SB202190、PD 169316）和胃泌素。
类器官和类球体都是3D培养细胞。球状体通常由癌细胞系或肿瘤活检组织形成，为超低附着平板中的自由漂浮细胞聚集体，而类器官则来自嵌入在ECM水凝胶基质（如基质胶）中的组织干细胞。与球装体相比，类器官高度复杂，更接近体内状态。
模型系统通过从分子至整个生物体水平概括身体过程与功能来促进生物学研究。人体由以高度专门化方式组织的细胞和非细胞材料组成。用一种体外模型系统很难模拟人类生物学的所有方面。与在2D平面上生长细胞相比，3D细胞培养模型更能准确地代表活体生物体中细胞所经历的自然环境。
现有细胞模型系统的局限性
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现有模型系统 |
特点 |
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动物模型 |
l 人类与动物生物学存在差异 l 在成像和高通量研究中的可用性有限 l 成本高昂 |
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2D细胞单层 |
l 细胞失去表型 l 缺乏细胞-细胞及细胞-基质之间的相互作用 l 无法模拟体内条件下的细胞功能和信号通路 |
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3D细胞聚集体 |
l 瞬间模拟细胞组织和相互作用 l 难以维持长期培养 l 缺乏自我更新和分化的能力 |
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类器官 |
来源 |
培养条件 |
类器官中的细胞类型 |
参考文献 |
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胃
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hPSC多能干细胞 |
内胚层诱导：Rock抑制剂（Y-27632）Cat#53006ES，52604ES 球状体生成：视黄酸 类器官形成：视黄酸、EGF |
LGR5+ 细胞、粘液细胞、胃内分泌细胞 |
1 |
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hAdSC脂肪干细胞 |
LGR5+ 细胞、小凹粘液细胞、腺体粘液细胞、主细胞和肠内分泌细胞 |
2 |
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肠
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hPSC |
类器官形成：FGF4、WNT3A 成熟：RSpondin1、头蛋白、EGF、FGF4、WNT |
肠细胞、杯状细胞、潘氏细胞和肠内分泌细胞 |
3 |
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hAdSC |
建立：EGF、Rspondin、头蛋白、WNT3A、烟酰胺、胃泌素、TGFβ抑制剂（A 83-01、RepSox、SB525334）、p38抑制剂（SB202190、PD 169316） |
肠上皮衍生物和干细胞 |
4 |
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结肠 |
hAdSC |
建立：EGF、Rspondin、头蛋白、WNT3A、烟酰胺、胃泌素、TGFβ抑制剂（A 83-01、RepSox、SB525334）、p38抑制剂（SB202190、PD 169316） |
上皮细胞和间充质衍生物 |
4 |
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肝脏
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hAdSC |
建立：头蛋白、WNT、ROCK抑制剂（Fasudil法舒地尔、Hydroxyfasudil羟基法舒地尔、Y-33075、Chroman 1、GSK429286A、Thiazovivin 分化：胃泌素、EGF、Rspondin、FGF10、肝细胞生长因子、烟酰胺、TGFβ抑制剂（A 83-01、RepSox、SB525334）、毛喉素 |
功能性肝细胞 |
5 |
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hiPSC |
内胚层诱导：激活素A 肝脏特化：BMP4、FGF2、肝细胞生长因子 成熟：制瘤素 |
功能性肝细胞 |
6 |
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胰腺 |
hAdSc |
建立：TGFβ抑制剂（A 83-01、RepSox、SB525334）、头蛋白、R-Spondin 1、WNT3A、EGF、FGF10、烟酰胺 |
上皮导管细胞 |
7 |
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前列腺 |
hAdSc |
EGF、R-Spondin1、头蛋白、TGFβ抑制剂（A 83-01、RepSox、SB525334）、p38 MAPK激酶抑制剂（BIRB 796）、FGF10、FGF2、PGE2、烟酰胺和DHT |
分化的CK5+ 基底细胞和CK8+ 腔细胞 |
8 |
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肺 |
hPSC |
内胚层诱导：激活素A 前肠内胚层分化：BMP、TGFβ抑制剂（A 83-01、RepSox、SB525334）和Wnt抑制剂（IWP-2、IWP-4、Pyrvinium pamoate扑蛲灵） 腹侧肺气道祖细胞：Wnt、BMP、FGF、RA激活剂 肺类器官：Wnt、FGF、cAMP和糖皮质激素 |
间充质和肺上皮细胞 |
9 |
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脑 |
hPSC |
神经诱导：N2补充剂、NEAA和肝素 分化：N2补充剂、2-巯基乙醇、胰岛素 成熟：维生素A、视黄酸 |
祖细胞群，产生成熟的大脑皮层神经元 |
10 |
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肾脏 |
hPSC |
中间中胚层诱导：Wnt、GSK3α抑制剂（SB 415286、SB 216763、AZD2858、BIP-135、BIO-acetoxime、CHIR-98014） 类器官形成：GSK3α抑制剂（SB 415286、SB 216763、AZD2858、BIP-135、BIO-acetoxime、CHIR-98014）、FGF9 |
肾元和内皮细胞 |
11 |
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产品名称 |
货号 |
产品描述 |
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CHIR-99021 |
可增强小鼠和人类胚胎干细胞的自我更新 |
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SB-431542 |
ALK5/TGF-β type I Receptor抑制剂，抑制TGF-β信号通路 |
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LDN193189 (DM-3189) |
BMP（转录活性形态发生蛋白）信号通路抑制剂 |
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LDN-193189 HCl |
BMP（转录活性形态发生蛋白）信号通路抑制剂 |
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DAPT (GSI-IX,LY-374973) |
γ-分泌酶抑制剂：Notch信号通路抑制，促进胚胎干细胞神经分化 |
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Y-27632 |
ROCK的选择性抑制剂，明显降低胚胎干细胞分离诱导的细胞凋亡，提高克隆形成效率，还可以促进体外培养的人角膜上皮细胞增殖 |
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Y-27632 dihydrochloride |
ROCK的选择性抑制剂，明显降低胚胎干细胞分离诱导的细胞凋亡，提高克隆形成效率，还可以促进体外培养的人角膜上皮细胞增殖 |
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LY-411575 (LY411575) |
γ-分泌酶抑制剂：Notch信号通路抑制，促进胚胎干细胞神经分化和原代细胞增殖 |
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Valproic acid |
又名丙戊酸(VPA)，是HDAC抑制剂，激活Notch-1信号通路，激活Wnt依赖的基因表达 |
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Repsox |
TGFβR-1抑制剂，诱导iPS细胞重编程 |
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Purmorphamine |
Smoothened激活剂：诱导成骨细胞分化，在多能间充质祖细胞中表现出成骨诱导活性；促进人纹状体神经干细胞分化 |
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Retinoic acid (维甲酸,维A酸) |
诱导胚胎干细胞分化为神经元和神经胶质细胞，在细胞生长、分化和器官形成上发挥关键作用 |
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Forskolin毛喉素 |
腺苷酸环化酶激活剂，胞内cAMP形成的诱导剂，对心脏有正性肌力作用，可诱导细胞自噬 |
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IWR-1 |
抑制Wnt/β-catenin信号通路，可作为人胚胎干细胞和小鼠的Wnt信号通路的拮抗剂，促进β-catenin磷酸化 |
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SB 203580 |
p38 MAPK激酶抑制剂：促进胚胎干细胞分化为心肌细胞，促进胚胎干细胞增殖和自我更新 |
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SB-202190 |
高效的p38 MAPK激酶抑制剂，可诱导人胚胎干细胞向心肌细胞分化，促进神经干细胞的自我更新 |
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Dorsomorphin dihydrochloride |
p38 MAPK激酶抑制剂；促进人内皮祖细胞增殖；促进人ES细胞分化为心肌细胞；增强小鼠ES细胞增殖和自我更新； |
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IDE1 |
可以渗透细胞的小分子物质，可诱导人和小鼠胚胎干细胞分化为限定性内胚层细胞 |
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IDE2 |
可以渗透细胞的小分子物质，可诱导人和小鼠胚胎干细胞分化为限定性内胚层细胞 |
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Wortmannin渥曼青霉素 |
PI3K抑制剂，而PI3K是限定性内胚层形成的抑制性信号。PI3K抑制剂Wortmannin渥曼青霉素促进限定性内胚层的形成 |
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Trichostatin A |
组蛋白去乙酰化酶抑制剂，单独用于体外培养过程中细胞存活率低，和5-氮杂胞苷(5-Azacytidine)共培养，可提高细胞存活率 |
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5-氮杂胞苷 |
和Trichostatin A共培养，可提高细胞存活率 |
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A 83-01 |
TGF-β Ⅰ型受体抑制剂、ALK5抑制剂，可抑制TGF-β诱导的上皮-间充质转移 |
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Nicotinamid烟酰胺 |
B3维生素，SIRT1抑制剂，在细胞生理学中发挥重要作用 |
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