类器官技术的出现与快速发展极大的提升了人造组织器官的制造水平,拓展了其应用范围,同时也为生物医药行业的发展带来全新机遇。对类器官相关技术、应用和产业发展现状进行分析,显示目前类器官技术正处于爆发期,组织器官结构和功能的模拟水平不断提高,在血管化等核心瓶颈问题的攻关方面也不断取得突破,而其与器官芯片融合产生的类器官芯片技术更是极大地提升了该技术的应用能力。目前,类器官作为一种生物模型,在生物医学科研、临床治疗及药物研发中均已展现出可观的应用前景,尤其是在药物研发领域,相关产业体系正在逐渐成型,发展进程快速推进。未来随着相关技术瓶颈的攻克以及商业资本进一步涌入,类器官领域必将孕育更广阔的发展空间,进而助力生物医药行业的创新发展。
骨骼疾病如骨质疏松、骨关节炎等已成为重要的人类健康问题,需要更深入地了解相关疾病的发病机制并开发更有效的治疗方法。由于2D细胞培养和动物实验等常规研究方法的局限性,近年来发展的类器官技术受到了极大关注。类器官作为干细胞衍生的自组织3D细胞簇,可以在体外更真实地模拟组织器官的复杂结构和生物功能。目前间充质干细胞、多能干细胞等衍生的骨类器官已逐步建立,不仅为疾病建模、药物筛选和生理病理基础研究提供了良好平台,还有望为骨缺损修复带来新希望。现对不同骨类器官模型的构建及主要应用进行概述,同时讨论了骨类器官培养面临的挑战,并对其未来发展进行展望,为构建结构功能更完善的骨类器官并将其应用于生物医学研究提供参考。
肝脏是人体的主要代谢器官,在维持人体内环境稳态过程中起着关键调控作用。近年来,肝脏疾病严重威胁着人类健康,然而使用目前体外培养的细胞系和体内动物模型均无法深入揭示人肝脏疾病的发病机制,探索出有效潜在治疗靶点。人源肝脏类器官(human liver organoids, HLOs)是从人源细胞经体外3D分化培养得到的细胞团,能在体外模拟人肝脏的结构和功能,为人们理解肝脏生理结构、体外模拟肝脏疾病和开发治疗肝脏疾病药物提供了新模型。总结近年来具有代表性的HLOs模型的建立策略及应用,探讨目前HLOs模型存在的缺陷,以期为推动HLOs向临床应用提供参考。
肺是病毒、细菌等病原体感染和损伤的重要靶器官。近年新冠疫情让我们认识到,感染性肺系病严重威胁人类健康,甚至生命。基于肺系病发病机制及防治机制研究的迫切性,肺类器官以其精准模拟、高适用性和无伦理困扰等特点,日益成为该领域研究的得力工具。在追溯其研发轨迹的基础上,综述其构建及在不同感染肺系病中的应用,并预期其未来发展前景。
目的:探究淋巴细胞活化基因-3(lymphocyte-activation gene 3, LAG-3)在免疫性肝损伤中的作用及机制。方法:采用尾静脉注射伴刀豆球蛋白A(Concanavalin A, Con A)诱导小鼠急性免疫性肝损伤模型;流式细胞术、实时定量PCR检测肝脏内免疫细胞LAG-3表达;利用LAG-3敲除小鼠研究LAG-3对Con A诱导的免疫性肝损伤的影响,于Con A注射后不同时间点收取外周血,检测血清ALT、AST、细胞因子水平;收集肝脏组织样本进行苏木精-伊红染色(hematoxylin-eosin staining,HE染色)并统计肝脏组织坏死面积;流式细胞术检测肝内细胞分群、T细胞活化;实时定量PCR检测炎症相关基因的表达;酵母双杂交筛选LAG-3相互作用蛋白质。结果:Con A诱导肝脏免疫细胞LAG-3表达增加;LAG-3敲除加重Con A所致小鼠血清转氨酶水平升高、肝脏坏死面积增大、炎症消除延迟;LAG-3 敲除不影响 Con A 诱导的肝内免疫细胞浸润;LAG-3敲除抑制调节性T细胞扩增及IL-10表达;MHCII辅助分子CD74与LAG-3存在蛋白质相互作用。结论:LAG-3敲除加重免疫性肝损伤。
胞苷可作为功能营养化学品与药物合成原料,具有重要的应用价值。大肠杆菌中由purR基因编码的DNA结合转录抑制因子对胞苷合成代谢有重要调控作用。采用CRISPR/Cas9技术敲除大肠杆菌purR基因,并通过转录组学分析突变菌株基因表达的差异。结果表明,从出发菌株E. coli NXBG-12基因组上成功敲除了purR基因,获得了突变菌株E. coli NXBG-17P。对突变菌株E. coli NXBG-17P与E. coli NXBG-12的转录组学结果进行对比分析,发现有534个差异基因,其中上调基因302个、下调基因232个;GO分析显示,差异表达基因(DEGs)主要富集于细胞膜、ATP结合、DNA结合和水解酶活性的代谢过程;KEGG分析表明,上调基因主要富集在果糖和甘露糖代谢、嘧啶代谢和磷酸转移酶系统,下调基因主要富集在氧化磷酸化、半乳糖代谢和肽聚糖的生物合成。同时,突变菌株E. coli NXBG-17P在37℃摇瓶发酵40 h,测定胞苷浓度为(3.21±0.01) g/L,是出发菌株E. coli NXBG-12的1.58倍。这表明突变菌株E. coli NXBG-17P胞苷产量升高,可能是purR基因缺失导致葡萄糖磷酸转移酶系统(PTS)转运和磷酸戊糖途径中关键基因表达上调,合成了大量胞苷所需能量NADPH和前体物质PRPP。
目的:端粒是真核生物染色体末端的一种高度保守的负责维持染色体稳定的特殊结构,其DNA序列长度即端粒长度,会随着年龄增长或疾病发生发展而逐渐缩短,检测端粒长度可以为评估机体衰老和健康状况提供参考,但目前缺乏测定微量牛DNA 样本绝对端粒长度的方法;通过实时荧光定量PCR(real-time quantitative PCR, qPCR)实现微量牛DNA 样本绝对端粒长度的测定并评估DNA提取方法对牛绝对端粒长度测定结果的影响,为进行端粒长度研究时选择合适的DNA提取方法和端粒长度分析方法提供参考。方法:利用标准曲线对检测样本的端粒和内参Ct值进行转换,通过qPCR测定牛端粒长度绝对值;采用膜吸附法、苯酚-氯仿法和磁珠法3种方法分别提取相同样本的DNA,分别用端粒末端限制性片段(terminal restriction fragment, TRF)分析法和qPCR法分析端粒长度,比较不同DNA提取方法对牛绝对端粒长度测定的影响。结果:(1)qPCR可以测定纳克级别DNA样本的绝对端粒长度,检测结果重复性良好,并且和“金标准”TRF测定结果的相关性良好。(2)不同方法提取的DNA用TRF分析法和qPCR法测定端粒长度时,结果有显著差异,其中磁珠法提取的DNA在用2种不同方法进行端粒长度测定时,测定结果的一致性最好。结论:qPCR法是较 TRF分析法更加灵敏的端粒长度绝对值测定方法,适合微量DNA样本的测定,且方便快捷;DNA提取方法会影响端粒长度的测定结果,在测定时应统一样本的DNA提取方法,磁珠法是相对更优的选择。
CRISPR/Cas系统自发现以来持续推动着生命科学领域的进步。与此同时,CRISPR/Cas介导的基因编辑技术也在不断发展壮大。基于DSBs修复的CRISPR/Cas基因编辑技术、碱基编辑器和先导编辑器等新型基因编辑工具的开发为生物学基础研究铺平了道路。虽然这些工具为生物技术带来了革命性变化,但基因编辑效率偏低、产物纯度不高、脱靶效应频繁等问题也随之而来。不断开发精确、高效和安全的CRISPR/Cas基因编辑工具仍是当前和未来的生命科学研究热点。概述了CRISPR/Cas基因编辑工具的发展、构成及原理,总结了CRISPR/Cas基因编辑系统提升编辑效率、扩展编辑范围和降低脱靶效应的通用策略及不同CRISPR/Cas基因编辑工具的改进方法,并就CRISPR/Cas基因编辑工具未来的研究方向进行展望。
非核糖体肽(nonribosomal peptide, NRP)是由多种微生物通过非核糖体肽合成酶(nonribosomal peptide synthetase,NRPS)等催化合成的一类小分子多肽类次级代谢产物,具有抗菌、抗肿瘤、免疫抑制等多种生物活性,是一类重要的微生物药物,具有很高的临床应用价值。从目前已发现的小分子多肽类天然药物出发,综述了该类物质的生物功能、合成组装机制以及近年来在工程改造方面的进展,并提出了未来研究发展方向,对进一步通过组合生物合成等方式高效合成更多种类的小分子多肽类活性物质具有借鉴意义。
中链脂肪酸(medium-chain fatty acids,MCFAs)作为一种重要的平台化学品,被广泛应用到能源、食品和医药等行业。工业微生物发酵生产MCFAs是一条绿色环保的路线,但MCFAs会对微生物细胞膜造成损伤,并导致细胞pH、渗透压失衡及氧化应激,从而严重抑制细胞的生长速率和生产能力。因此,构建MCFAs耐受性工业微生物菌株,有助于进一步提高MCFAs的生产效率。以大肠杆菌和酿酒酵母等工业微生物为例,首先简介了MCFAs对微生物细胞的毒性机制。其次综述了运用膜改造、转运体筛选等理性代谢工程手段构建MCFAs耐受性菌株的相关研究进展,并概括了运用适应性进化、代谢通量分析等方法系统性挖掘MCFAs耐受靶点进而增强菌株耐受性的研究进展。最后对后续提高工业微生物MCFAs耐受性和生产能力的研究方向进行了展望。
空间组学以分子的视角揭示细胞间的微环境互作及空间异质性,在神经科学、癌症研究和发育生物学等领域发挥重要作用。该技术的学术热度较高,却一直处于“垄断式”发展。从空间组学技术在全球和中国专利申请的整体情况入手,分析了该领域全球和中国相关专利申请的变化趋势、技术主题、申请来源、主要申请人等,梳理了该领域关键技术的发展状况。同时,基于上述分析,对我国在空间组学领域的技术突破点和发展模式提出了建议。
