隨著科學研究的不斷發(fā)展，動物模型已不能滿足研究的需求，類器官由此產(chǎn)生，它是基于3D體外細胞培養(yǎng)系統(tǒng)建立的與體內組織或器官高度相似的模型。類器官培養(yǎng)系統(tǒng)是由一個可以自我更新的多能或全能干細胞群開始分化，形成多種細胞類型，通過空間限制形成與對應器官類似的空間結構。

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單細胞測序助力類器官研究中難題的解決

現(xiàn)階段類器官主要來源有兩種：一種是由多能干細胞誘導培養(yǎng)生成，具有一定的器官特異性、相似的空間結構并能夠重現(xiàn)對應器官的部分功能；一種是由患者腫瘤細胞培養(yǎng)而成的保留了腫瘤組織的部分生物學特征以及遺傳穩(wěn)定性的腫瘤類器官模型。由于類器官可重現(xiàn)對應器官的部分功能，提供了一個高度生理相關的系統(tǒng)，從而類器官可以用來研究基本的發(fā)育生物學，研究基因在疾病或大腦發(fā)育障礙中的作用，也可用于測試藥物，并可能用于培養(yǎng)可移植的器官。但目前類器官所面臨的細胞異質性、成熟度不夠、一致性不穩(wěn)定等問題一定程度上阻礙了類器官的實際應用。

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但以上問題可以用單細胞測序解決，比如利用單細胞測序從細胞、基因和功能層面評估類器官和真實器官的相似程度，給優(yōu)質類器官的生成和篩選提供質控標準；分析類器官的動態(tài)轉錄，了解器官的發(fā)育分化；解析類器官細胞之間，與周圍基質之間的互作等。

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單細胞測序應用于類器官研究案例

1.單細胞測序研究小鼠胚胎及類囊胚發(fā)育

Generation of Blastocyst-like Structures from Mouse Embryonic and Adult Cell Cultures

發(fā)表雜志：Cell（IF: 64.5）

應用技術：10x Genomics

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單細胞轉錄組測序胚胎發(fā)育是哺乳動物個體形成過程中的起始環(huán)節(jié)，但由于其數(shù)量的稀缺性導致很難通過傳統(tǒng)的技術進行研究。本研究在體外培養(yǎng)了類囊胚，熒光染色發(fā)現(xiàn)類囊胚形成的關鍵過程在種植后的4h內，細胞之間連接松散；種植后18小時左右，細胞開始形成緊密的聚集體；種植后的第3天，75%細胞聚集物呈現(xiàn)PAR6富集的極化特征。然后進行了單細胞測序，發(fā)現(xiàn)類囊胚在形態(tài)學、細胞組成和基因表達上，與小鼠受精囊胚胎都比較相似，類囊胚可以誘導子宮內膜的蛻膜化，該研究為獲得功能更加完整的類囊胚和器官移植提供了重要的理論依據(jù)。

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2.單細胞測序助力構建整合視泡結構的大腦類器官

Human brain organoids assemble functionally integrated bilateral optic vesicles

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發(fā)表雜志：Cell Stem Cell（IF: 23.9）

應用技術：10x Genomics

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單細胞轉錄組測序先前研究發(fā)現(xiàn)腦類器官中也會表達一些和視網(wǎng)膜或眼睛相關的基因，但是它們始終不能發(fā)育成為可見的視覺結構。為了實現(xiàn)這一目標，本研究修改了他們之前開發(fā)的將誘導多能干細胞轉化為神經(jīng)組織的方案，從而使人類大腦的類器官形成了視杯，選取30天具有原始視野的三維腦類器官以及60天含有視神經(jīng)囊泡的腦類器官樣本。單細胞測序結果發(fā)現(xiàn)，類器官中包含豐富的神經(jīng)細胞群，如神經(jīng)元、小膠質細胞和視網(wǎng)膜細胞等，并包含豐富的非神經(jīng)細胞群，如晶狀體和角膜組織。細胞分群分析也表明，將視覺結構與胚胎視網(wǎng)膜和視網(wǎng)膜類器官進行比較，發(fā)現(xiàn)三者的細胞類群特征和基因表達非常類似，另外，本研究還利用擬時間分析鑒定了其組織細胞分化過程。本研究利用人類誘導多能干細胞（iPSCs）來生成包含視泡結構的大腦類器官，首次成功將視網(wǎng)膜結構在功能上整合到大腦類器官中。

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百奧益康類器官單細胞測序一站式服務

百奧益康通過現(xiàn)有成熟的單細胞測序技術平臺，可利用單細胞測序技術對類器官在細胞、基因和功能層面評估和真實器官的相似程度，給優(yōu)質類器官的生成和篩選提供質控標準；另外可分析類器官的動態(tài)轉錄，了解器官的發(fā)育分化；并可解析類器官細胞之間，與周圍基質之間的互作等。

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參考文獻1. Georgakopoulos N, Prior N, Angres B, et al. Long-term expansion, genomic stability and in vivo safety of adult human pancreas organoids. BMC Dev Biol. 2020;20(1):4.2. Corrò C, Novellasdemunt L, Li VSW. A brief history of organoids. Am J Physiol Cell Physiol. 2020;319(1):C151-C165.3. Li R, Zhong C, Yu Y, et al. Generation of Blastocyst-like Structures from Mouse Embryonic and Adult Cell Cultures. Cell. 2019;179(3):687-702.e18.4. Gabriel E, Albanna W, Pasquini G, et al. Human brain organoids assemble functionally integrated bilateral optic vesicles. Cell Stem Cell. 2021;28(10):1740-1757.e8.

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李超?| 文案
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關于百奧益康

北京百奧益康醫(yī)藥科技有限公司致力于提供前沿的單細胞及空間組學全套解決方案，相關研發(fā)和服務團隊位于北京亦莊。
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百奧益康現(xiàn)有管理和技術團隊具有豐富的單細胞及空間組學服務和研發(fā)經(jīng)驗，在該研究領域深耕7年，已累積150+不同組織類型、10,000+個樣品的服務經(jīng)驗，服務客戶發(fā)文超百篇，影響因子超千分（包括CNS頂級期刊）。

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