?

中醫(yī)藥作為傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)越來越受到國家的重視，有研究發(fā)現(xiàn)中藥中有大量神經(jīng)保護(hù)化合物，可以用來治療神經(jīng)或精神疾病。

今天小學(xué)社給大家?guī)硪黄?分+的綜述論文，從理論到應(yīng)用，面面俱到的介紹了利用類器官模型進(jìn)行中藥篩選的方法和應(yīng)用前景。未來，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和研究的深入，類器官模型將成為中藥篩選的重要工具之一，為中藥現(xiàn)代化和精準(zhǔn)醫(yī)療的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

?

神經(jīng)退行性疾病和精神疾病是全球性的健康問題，導(dǎo)致神經(jīng)系統(tǒng)疾病進(jìn)展的復(fù)雜疾病機(jī)制意味著缺乏有效的治療方法來治愈此類疾病。傳統(tǒng)中藥（TCM）含有大量的神經(jīng)保護(hù)化合物，已被證明可以減輕包括認(rèn)知障礙或運(yùn)動功能障礙在內(nèi)的疾病的癥狀。但是，傳統(tǒng)的動物模型不能滿足高效篩選和患者特異性表型的要求，缺乏可靠的疾病模型成為中藥有效化合物鑒定的瓶頸。

腦類器官作為一種新型的體外三維立體模型，目前的系統(tǒng)報道還很少。本文綜述了腦類器官的發(fā)展以及腦類器官在模擬疾病中相對于誘導(dǎo)神經(jīng)元或細(xì)胞的優(yōu)勢。論文還根據(jù)腦類器官的特點(diǎn)，從模型的穩(wěn)定性、腦類器官的誘導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)、腦類器官的篩選方案以及高通量篩選系統(tǒng)的應(yīng)用和開發(fā)等方面進(jìn)行了展望。

?

1. 腦類器官研究進(jìn)展

目前，腦類器官主要由胚胎干細(xì)胞（ESC）或誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPSC）建立，用來研究神經(jīng)或精神疾病中的區(qū)域性缺陷，并不斷改進(jìn)其穩(wěn)定性與誘導(dǎo)率，使其成為更好的藥物發(fā)現(xiàn)測試平臺。

研究人員發(fā)現(xiàn)在ESC中異位表達(dá)人類ETV2以及在類器官分化過程中混合培養(yǎng)人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞或iPSC衍生的內(nèi)皮細(xì)胞可以在類器官中產(chǎn)生類似血管網(wǎng)絡(luò)。直接引入特定基因或細(xì)胞類型可以擴(kuò)大腦類器官的應(yīng)用，以探索針對神經(jīng)或精神疾病的治療靶點(diǎn)和有效藥物。此外，外源小膠質(zhì)細(xì)胞納入類器官可以模擬多種炎癥條件以及腦腫瘤，并用于開發(fā)治療神經(jīng)或精神疾病的有效藥物。

建立腦類器官與其他器官的相互作用，可促進(jìn)治療靶點(diǎn)的探索。在微流體、3D打印和水凝膠成型等生物材料技術(shù)的支持下，腦類器官可以在具有不同種類組織特異性類器官的生物芯片上生長。

2. 用腦類器官模擬神經(jīng)退行性疾病或精神疾病

盡管腦類器官在模擬發(fā)育障礙方面具有優(yōu)勢，但腦類器官需要相對較長的培養(yǎng)時間才能模擬神經(jīng)退行性病變。使用氣液培養(yǎng)方法可以改善神經(jīng)元的存活率和軸突生長，進(jìn)而有利于建立不同形態(tài)。腦類器官也可用作胚胎和新生兒發(fā)育過程的模型，為研究腦發(fā)育障礙提供了新途徑。

此外，研究表明神經(jīng)發(fā)生可能是腦類器官抑郁癥的生物學(xué)標(biāo)志。越來越多的證據(jù)表明神經(jīng)回路網(wǎng)絡(luò)在精神疾病的發(fā)展中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，因此融合的類器官或組合體可作為精神疾病的模型和研究精神疾病的生物學(xué)基礎(chǔ)工具。

3. 類器官在中藥篩選中的應(yīng)用

• 藥物篩選過程中類器官的標(biāo)準(zhǔn)化

藥物篩選系統(tǒng)中培養(yǎng)細(xì)胞的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)相對簡單且變異數(shù)量少，嚙齒類動物模型可保證組內(nèi)變異可控，而目前類器官模型難以建立穩(wěn)定表型，因此需要克服幾個關(guān)鍵問題：

1）最大限度地減少類器官生成和維持過程中的隨機(jī)異化；

2）設(shè)定表型標(biāo)準(zhǔn)來區(qū)分健康和病理狀況；

3）確定由于隨機(jī)因素引起的異常類器官的排他性標(biāo)準(zhǔn)。

有研究表明，類器官本身可以反映臨床疾病狀況的異質(zhì)性。運(yùn)用一些新技術(shù)可以增強(qiáng)類器官的穩(wěn)定性，如剪切力控制法、切片培養(yǎng)法和氣液界面培養(yǎng)法等，同時建立繪制表型指紋圖譜和對照組也能提升類器官系統(tǒng)在藥物評價中的作用。在疾病建模中，使用健康的iPSC或ESC來控制類器官的生成過程可以幫助排除來自iPSC不同遺傳背景的干擾（圖1）。

?

圖1

?

• 通過腦類器官模型篩選中藥化合物

中藥（TCM）中富含多種神經(jīng)保護(hù)作用的化合物，隨著高通量篩選（HCS）的發(fā)展，腦類器官疾病模型為TCM藥物篩選提供了一個很好的工具。目前已經(jīng)開發(fā)出了結(jié)合多個激光通道、細(xì)胞培養(yǎng)箱環(huán)境、加速圖像獲取速度和分析軟件包的多樣化的HCS系統(tǒng)儀器，有利于一步法篩選。研究人員發(fā)現(xiàn)HCS 適用于篩選與上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化有關(guān)的TCM化合物，這對于纖維化疾病和癌癥進(jìn)展期間的轉(zhuǎn)移和侵襲至關(guān)重要。

為了反映藥物效果，研究人員將11名人類來源的1300個類器官構(gòu)建了HCS系統(tǒng)，并測試了經(jīng)美國食品和藥物管理局（FDA）批準(zhǔn)的可穿透血腦屏障的藥物，這一舉措不僅為使用iPSC衍生腦類器官的精確醫(yī)學(xué)模型提供了策略，還證實(shí)了基于類器官的HCS系統(tǒng)需要與臨床癥狀相匹配且易于檢測的確認(rèn)性表型特征。

利用HCS系統(tǒng)進(jìn)行的圖像分析與每個特征的轉(zhuǎn)錄譜相結(jié)合可以進(jìn)一步代表不同表型的生物學(xué)應(yīng)效?；诜诸惖谋硇椭讣y圖譜，可以將一個未知靶點(diǎn)的TCM化合物庫與在該系統(tǒng)中的生物效應(yīng)相匹配，從而更好的進(jìn)行測試(圖2)。其中，有許多相關(guān)化合物可用于建立類器官的表型缺陷，包括神經(jīng)發(fā)生、神經(jīng)存活、軸突生長和鈣穩(wěn)態(tài)等一些神經(jīng)機(jī)制表型的缺陷。此外，與圖像特征相關(guān)的轉(zhuǎn)錄譜可以為闡明不同藥物的作用機(jī)制提供支持性證據(jù)(圖3)。

?

圖2

?

圖3

• 網(wǎng)絡(luò)靶點(diǎn)的多組分策略

傳統(tǒng)的單一化合物篩選方法往往只能針對單一的靶點(diǎn)進(jìn)行篩選，而TCM化合物往往具有多種成分，且這些成分之間相互作用，共同發(fā)揮治療作用。因此，采用多組分策略，可以更全面地考慮TCM化合物的治療作用和機(jī)制，更好地解釋TCM化合物的多靶點(diǎn)作用和復(fù)雜性。

同時，結(jié)合患者特異性的腦類器官及其表型，可以在適當(dāng)?shù)呐浞交A(chǔ)上進(jìn)行個性化和疾病特異性TCM化合物的藥物篩選。這種原則可以通過中醫(yī)診斷的臨床實(shí)踐來進(jìn)一步確認(rèn)，形成循證個體化治療的循環(huán)。

?

本文對腦類器官技術(shù)篩選中藥化合物的發(fā)展方向及前景提出了一些看法：

1. 隨著穩(wěn)定腦類器官表型方法和疾病特異性表型的進(jìn)一步發(fā)展，高通量腦類器官篩選將成為藥物發(fā)現(xiàn)和中醫(yī)藥現(xiàn)代化的主要策略。

2. 未來可以將腦類器官與其他類器官芯片連接起來，以研究多器官相互作用，并驗證中藥化合物對其他器官或系統(tǒng)功能的改善作用。

3. 腦類器官篩選中藥化合物的過程需要嚴(yán)格的規(guī)劃和可靠的表型監(jiān)測。

4. 進(jìn)一步發(fā)展腦類器官技術(shù)，以更好的模擬神經(jīng)或精神疾病病變。

5. 建立更多的類器官生物庫與中藥化合物庫，以更好的篩選有效藥物。

這些因素將有助于推動腦類器官技術(shù)在未來的應(yīng)用與發(fā)展。

?

中醫(yī)藥是藥物研發(fā)的重要資源，需要高通量體外疾病模型來提高開發(fā)效率和識別有效化合物。腦類器官作為一種人類衍生的體外3D“迷你大腦”，可作為探索中藥化合物的疾病模型。中藥的療效取決于多種成分對不同細(xì)胞類型不同靶點(diǎn)的協(xié)同作用，腦類器官可以提供多種細(xì)胞類型，擴(kuò)大中藥治療復(fù)雜神經(jīng)或精神疾病的范圍。將來，中藥化合物的篩選可基于靶病或中藥方劑方法，通過腦類器官驗證候選化合物的功效，并結(jié)合動物模型進(jìn)一步驗證。總之，腦類器官為模擬神經(jīng)或精神疾病以及中藥篩選提供了一個前沿工具，但仍需要嚴(yán)格規(guī)劃和可靠的表型監(jiān)測。

參考文獻(xiàn)：

Zhou JQ, Zeng LH, Li CT, He DH, Zhao HD, Xu YN, Jin ZT, Gao C. Brain organoids are new tool for drug screening of neurological diseases. Neural Regen Res. 2023 Sep;18(9):1884-1889. doi: 10.4103/1673-5374.367983. PMID: 36926704; PMCID: PMC10233755.

?

來源：類器官學(xué)社