科学家需要合适的细胞或组织材料来观察和理解他们喜欢的生物现象。动物模型、2D单层细胞培养和3D类器官是常见的系统，使生物学家能够发现从单个细胞到整个生物体的新过程和功能。

生成用于药物筛选的MiniGuts

虽然模型生物和二维细胞培养技术具有独特的优势，但它们仍然不足以研究复杂的人体生理学和疾病。例如，动物模型无法捕获人类特定的生物过程，并且不适合高通量成像和药物筛选分析。此外，与体内相比，2D人类细胞培养物的细胞生理学不同，培养物无法可靠地捕捉细胞形态、细胞间相互作用以及其他细胞和组织功能。源自人类患者的3D类器官在结构和功能上与体内组织非常相似，克服了其他系统的局限性，使其成为了解人类健康的最准确模型系统之一。1,2

由于它们在人类疾病研究中的众多应用，科学家多年来为不同的组织和器官类型开发了类器官生成方案。然而，类器官方案冗长、乏味且容易出错。商业开发的类器官提供了一种坚固、高质量和可重复的材料，可以为研究人员节省宝贵的时间和资源。MilliporeSigma提供冷冻保存的人诱导多能干细胞(iPSC)衍生的肠、结肠和胃类器官。通过这些，科学家们获得了对人类肠道免疫和遗传疾病的机制见解，并找到了潜在的治疗方法。2个

肠道类器官在药物筛选中的应用

由于传统二维细胞培养和动物模型的毒性和不确定结果，肠道疾病的新候选药物筛选具有挑战性。3dGRO™人iPSC衍生的结肠类器官是药物细胞毒性测试的绝佳工具。

例如，评估口服药物的肠道吸收特性是药物发现的重要标准。单层Caco-2细胞是一种转化的人结直肠癌细胞系，是一种广泛使用的肠道屏障系统，可预测候选药物的肠道渗透性。尽管具有许多优点，但Caco-22D细胞培养物缺乏肠道中的多种细胞类型，并且无法概括天然肠道生理学和缺失细胞产生的药物代谢物。人类上皮结肠类器官已取代Caco-2二维细胞培养物，用于在细胞和整个器官水平上对多种药物化合物进行细胞毒性测试。3个

研究人员进一步使用结肠类器官来发现遗传疾病的药物，例如囊性纤维化，它会影响具有上皮衬里的器官，包括肺和肠。囊性纤维化是由CF跨膜电导调节因子(CFTR)基因突变引起的。4CFTR蛋白在上皮细胞中起阴离子通道的作用。它将负氯离子输送进出细胞，让水分在组织中流动，从而润滑和保护肠道内壁。在囊性纤维化患者中，液体和电解质异常地流过肠道。虽然CFTR功能恢复在囊性纤维化中仍然有限，但许多CFTR特异性候选药物有望更好地控制症状。

3dGRO™人iPSC衍生的结肠类器官提供了一个有效的表型药物筛选平台，可使用快速定量吸水溶胀试验监测CFTR功能。研究人员通过毛喉素(一种CFTR激活剂)在肠道类器官中诱导水分摄取，从而增加细胞内cAMP。升高的cAMP水平导致CFTR磷酸化和通道开放，触发离子和水的吸收。野生型3dGRO™人肠道类器官在应用毛喉素后2-3小时内膨胀，而囊性纤维化患者来源的肠道类器官的体积保持不变。通过这些比较分析，研究人员筛选出会增加患者类器官肿胀的药物。5个

由内而外：一种新的肠道类器官模型

使用传统的动物和二维细胞培养模型很难研究人体肠道功能，例如极化分泌和吸收、免疫系统反应以及复杂的细胞相互作用。肠道类器官保留了肠道的体内结构，使科学家能够研究这些功能。然而，已建立的肠道类器官方案会产生“顶端”培养，使肠道内表面无法进行高通量成像和药物检测。肠道的顶端面向内腔，这使得细胞能够与外部环境的成分相互作用，包括食物和微生物。新开发的协议6逆转MilliporeSigma的3dGRO™人iPSC衍生的结肠类器官的极性，使它们“顶端向外”，这有助于它们在理解管腔上皮细胞和肠功能方面的应用。使用3dGRO™类器官的新方案，研究人员可以更准确地预测人体肠道中的药物反应。7