自2009年CLEVERS等[1]首次成功培养出肠道类器官以来, 科学界迅速掀起了研究类器官的热潮, 目前科学家们已经成功构建出包括鼻黏膜类器官模型在内的多种组织类器官模型[2]。鼻窦炎和过敏性鼻炎等鼻腔疾病给患者和社会都带来了巨大的负担。为了解决这些问题, 我们迫切需要在诊疗方面取得新的突破。鼻黏膜类器官提供了一个可靠的体外模型, 为疾病研究和药物治疗带来了新的视角。
与传统体外二维培养相比,鼻黏膜类器官疾病模型在模拟真实的鼻腔微环境和病理过程中可发挥更大的优势,能提供更接近真实病理情况的三维结构,模拟疾病过程更加准确。
为了研究鼻窦炎的发病机制,更好地理解慢性鼻窦炎的病理过程, 研究人员构建了CRS患者原代鼻腔上皮细胞(HNECs)来源的鼻黏膜类器官, 并探讨了它们的细胞特性与细胞形态[3]。将细胞培养至成熟后, 他们通过探索细胞形态、细胞组成和细胞功能参数, 揭示了鼻窦炎类器官中的细胞特征和多种相关标记物的表达情况。此外, 成功地冷冻和解冻鼻窦炎类器官还为高通量药物筛选和机制探究提供了可能性。这项研究的结果对于鼻窦炎相关的研究和治疗具有重要的实际意义。
研究人员VAN DER VAART等[4]通过从原发性纤毛运动障碍(PCD)患者和健康人群的鼻黏膜上皮中获取鼻拭子样本, 构建了PCD和正常人群的鼻黏膜类器官, 观察到了PCD类器官纤毛数量少、纤毛摆动幅度低或不摆动。将正常和PCD鼻黏膜类器官于纤毛培养基中分化培养后均能观察到纤毛数量及纤毛相关基因表达量增加。囊性纤维化跨膜传导调节因子(CFTR)基因的突变与囊性纤维化(CF)的发生和发展密切相关。
2020年LIU等[5]培养出了CF患者和健康受试者的具有良好分化能力的鼻黏膜类器官模型,验证了CF鼻黏膜类器官中关键基因CFTR的表达情况,比较并证明了两者形成管腔能力的显著差异性。同时,该研究团队还进一步介绍了自动化CFTR活性功能测定方法,并使用基于基线管腔面积测量的显微成像方式评估了CF鼻黏膜类器官的分化情况[6]。近期,已有研究证明了基于CRISPR的腺嘌呤基因编辑对于CF肠道类器官的适用性与有效性[7],为基因编辑技术应用于CF鼻黏膜类器官提供了参考与指导。这些研究为探究CF的诊断和治疗方法提供了新的模型和工具,在探索疾病机制以及开发个体化治疗方法方面具有重要意义。
[1] Sato T, Vries RG,et al. Single Lgr5 stem cells build crypt-villus structures in vitro without a mesenchymal niche. Nature. 2009 May 14;459(7244):262-5. doi: 10.1038/nature07935.
[2] Dutta D, Heo I, Clevers H. Disease Modeling in Stem Cell-Derived 3D Organoid Systems. Trends Mol Med. 2017 May;23(5):393-410. doi: 10.1016/j.molmed.2017.02.007.
[3] Ramezanpour M, Bolt H,et al. Characterization of human nasal organoids from chronic rhinosinusitis patients. Biol Open. 2022 Aug 15;11(8):bio059267. doi: 10.1242/bio.059267.
[4] van der Vaart J, Böttinger L,et al. Modelling of primary ciliary dyskinesia using patient-derived airway organoids. EMBO Rep. 2021 Dec 6;22(12):e52058. doi: 10.15252/embr.202052058.
[5] Liu Z, Anderson JD, Deng L,et al. Human Nasal Epithelial Organoids for Therapeutic Development in Cystic Fibrosis. Genes (Basel). 2020 May 29;11(6):603. doi: 10.3390/genes11060603.
[6] Liu Z, Anderson JD, et al. Culture and Imaging of Human Nasal Epithelial Organoids. J Vis Exp. 2021 Dec 17;(178):10.3791/63064. doi: 10.3791/63064.
[7] Geurts MH, de Poel E,et al. CRISPR-Based Adenine Editors Correct Nonsense Mutations in a Cystic Fibrosis Organoid Biobank. Cell Stem Cell. 2020 Apr 2;26(4):503-510.e7. doi: 10.1016/j.stem.2020.01.019.
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