破解样本不易得难题，“类器官+多组学”实现样本自由，科研进程快人一步

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类器官+（转录组、修饰蛋白质组、代谢组等）探索特定细胞群增殖分化机制

从正常成体细胞建立的类器官模型具有组织特异性的结构和功能，同时类器官的三维结构能有效模拟微环境特征，相比细胞系而言可更真实反应组织中特定细胞群的功能代谢进程。将该类类器官模型与组学检测联合起来，为研究组织中特定细胞群的增殖分化奠定重要基础。

粘膜组织中的簇状细胞（Tuft cell）是一类分泌性肠上皮细胞，对肠道启动和维持2型免疫至关重要。使用多种肠道类器官模型，结合多组学检测剖析微生物群对肠道簇细胞生物学影响。发现微生物来源的丁酸盐可抑制小鼠中簇细胞的增殖以及簇细胞依赖性的2型免疫反应。机制上表现为：丁酸盐可抑制肠上皮细胞的组蛋白去乙酰化酶3（HDAC3）活性，进而抑制白细胞介素-13（IL-13）活性，损害2型免疫反应进程，影响簇细胞的增殖和稳态维持。随后在健康非炎症性肠病人群的回肠类器官中再次验证丁酸盐对簇细胞增殖和簇细胞依赖性的2型免疫反应的调节过程。

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类器官+时空多组学（scRNA-seq、scATAC-seq等）突破罕见器官发育生物学研究难题

单细胞转录组可呈现器官的细胞类型、细胞占比、细胞中基因的转录表达，由此可开展细胞比例分析、细胞通讯分析、拟时序分析等，广泛应用在各类器官发育研究中。同时，类器官可由器官祖细胞（iPSC）定向分化培养而来，具备一定的分化发育信息。

2024年5月，中国工程院院士刘志宏教授及其团队对胎儿肾脏组织和肾脏类器官进行scATAC-seq和scRNA-seq，剖析肾母细胞瘤-1（WT1）基因在肾脏发育阶段的重要性。研究发现，WT1主要通过基因启动子和远端增强子原件发挥转录调控作用，且WT1基因表达及WT1 Motif的开放均特异性的存在于肾单元祖细胞（NPC/PTA阶段）、足细胞前体细胞和足细胞。在足细胞发育途径中WT1调节WNT signaling pathway，actin filament organization以及cell junction assembly促进足细胞的发育成熟。该结果与肾脏类器官中发现的WT1转录调控机制类似。建立WT1敲除的肾脏类器官和WT1突变患者肾脏类器官以明确WT1重要性， scRNA-seq分析表明WT1突变，导致足细胞发育标志物OLFM3的表达增加，而裂孔隔膜（NPHS1、NPHS2、CD2AP）、WNT信号通路（PLCE1，MAGI2）和细胞骨架（MYH9）的基因表达均降低，使得足细胞发育迟缓，足细胞结构存在缺陷，最终导致肾小球过滤屏障受损。修复WT1突变，足细胞表型得到改善。该结果在肾脏类器官移植小鼠模型中得到再次验证。

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类器官+外显子组+（转录组，蛋白质组等）表征肿瘤异质性，揭示肿瘤药敏机制

肿瘤内异质性（Intra-tumor heterogeneity，ITH）是导致抗癌疗法失败和患者死亡的关键因素之一。从肿瘤样本内不同位点取样培养类器官，一方面可增加每个位点的样本量，以备进行不同位点的生理和组学检测需求，发现新的药物靶点；另一方面为明确患者群体耐药病因，开发个性化的药物治疗奠定基础。

为揭示肝癌新的耐药靶点，实现癌症患者的精准用药。对肝癌患者的手术标本多点取样构建类器官生物库并进行外显子和转录组测序。发现mutation/CAN-ITH越高的患者临床预后越差。同一患者不同位点肿瘤类器官存在药靶基因异质性，暗示ITH可能是导致患者内和患者间药敏差异的重要因素。通过机器学习模型共筛选出13个与仑伐替尼相关的药敏标记物，并在验证队列中得到验证（AUC在0.8以上）。对转录组数据再次分析，进一步探索耐药机制，发现c-Jun蛋白在仑伐替尼耐药类器官中的表达水平高于敏感类器官，将c-Jun敲低可使耐药类器官转变为敏感特征，是仑伐替尼的治疗靶点。JNK和Wnt/β-catenin作为c-Jun的上游，可介导仑伐替尼耐药。将仑伐替尼与c-Jun抑制剂藜芦胺连接合成PKUF-01，该物质对肿瘤具备更好的杀伤效果，可使更多原发性肝癌患者受益。

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