[发明专利]肺类器官培养方法及培养基

说明书

本发明公开了一种肺类器官培养方法及培养基。所述培养基包括一种基础肺类器官培养基，以及一种肺泡类器官培养基。所述肺类器官培养方法使用所述基础肺类器官培养基和所述肺泡类器官培养基，能够将ASC在三维的基质胶中培养获得带有肺泡结构的肺类器官，有助于利用所述肺类器官模拟体内环境进行各类试验。

技术领域

本发明属于类器官培养技术领域，具体涉及肺类器官培养方法及培养基。

背景技术

在成人的器官中，大部分功能依赖于三维结构以及各种细胞类型之间的协同作用，这对于器官行使功能至关重要。然而，目前大多数体外研究模型都是利用二维的单层细胞培养。早在21世纪初，人们就发现将细胞从原生环境移至二维培养会丧失组织特异性与功能，例如Mina Bissell等人的工作揭示了三维结构在发育以及在肿瘤发生中都至关重要。因此，模仿体内架构的三维培养对于构建具有代表性的体外模型必不可少。

想要更好地了解传染病发病机制的一个重要要求就是建立具有代表性的模型系统。然而，二维细胞模型与动物模型均不能很好地模拟流行性疾病的发病机制。目前已有众多研究团体利用二维细胞系(如VeroE6、Caco-2和Calu-3细胞)进行新型冠状病毒(SARS-CoV-2)体的外研究。尽管这些细胞系通常对SARS-CoV-2高度敏感，但可能无法模拟病毒生命周期的关键方面，在细胞水平起作用的抗病毒化合物多数在患者体内无效。除细胞系外，多种动物模型也被用于新型冠状病毒肺炎(COVID-19)的研究，然而各有缺点，显示了不同动物宿主对病毒感染的反应的复杂性。小鼠对野生型SARS-CoV-2感染不敏感，只有过表达ACE-2才可出现高病毒载量。SARS-CoV-2可以使用金色叙利亚仓鼠ACE-2进入，但不会造成重症肺部疾病。同样，在雪貂中，疾病相对较轻，病毒复制主要在上呼吸道观察到，此外由于物种差异，SARS-CoV-2获得了Spike蛋白在雪貂中迅速突变。

类器官是由器官特异性干细胞培养的离体三维结构，有望填补细胞系和体内动物模型之间的空白。在COVID-19疫情中，人类干细胞衍生的类器官已成为研究的有力工具之一。类器官可以从两种不同的干细胞群中建立：分别为成体干细胞(ASC)和多能干细胞(PSC，包括诱导性多能干细胞iPSC和胚胎干细胞ESC)。

目前iPSCs诱导肺类器官的技术比较成熟，已可以诱导形成由多种气道细胞类型组成的结构，包括基底细胞、棒状细胞和纤毛细胞，以及肺泡细胞类型：肺泡I型和II型(ATI和ATII)细胞。由此可以分别诱导iPSC形成气道类器官与肺泡类器官，但尚未能够在一个类器官中实现气道和肺泡的结合。

iPSCs诱导的肺类器官适用于研究病毒侵染机制，而针对COVID-19患者的个体化研究，则需要使用ASC来源的类器官。然而利用成人来源的组织进行培养可以较为容易获得气道细胞，却难以获得肺泡细胞。在新冠疫情前，没有任何已报道的体系可以支持成人肺组织来源的肺泡类器官稳定培养。尽管气道模型可以概括COVID-19患者的一些发现，但研究肺泡对SARS-CoV-2感染的反应至关重要，因为大多数住院的COVID-19患者因急性呼吸窘迫综合征(ARDS)而入院，但从健康个体中新鲜分离的原发性肺泡培养物对SARS-CoV-2的敏感性极低。此外，人类ATII细胞在2D细胞培养中迅速分化为ATI样细胞，限制了研究ATII生物学的可能性。在近两年中，为促进新冠病毒研究，多个实验室尝试获得ASC来源的肺泡类器官，并获得了一些初步成果。2022年6月，Cell discovery首次报道了利用ASC培养的肺泡类器官，作者利用低吸附板以及专用的分化培养基进行悬浮培养，而不是使用三维培养方法(利用基质胶作为支撑)，这是因为在作者的研究中如果使用基质胶(Matrigel)进行培养，则类器官表现为厚壁状态而不是囊状状态。因此，目前针对从ASC培养为肺泡类器官的技术，仍然缺乏可行的常规三维培养方法。

发明内容

本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提供了一种肺类器官培养方法及培养基。

在本发明第一方面提出了一种基础肺类器官培养基。所述基础肺类器官培养基的配方如表1所示。