人腸道類器官構(gòu)建的核心：腸道干細胞的高效分離與培養(yǎng)技術(shù)要點

人腸道類器官作為一種在體外高度模擬人體腸道結(jié)構(gòu)和功能的三維模型，在疾病建模、藥物篩選、宿主-微生物互作及再生醫(yī)學等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力。其成功構(gòu)建的基石在于能否高效、穩(wěn)定地從腸道組織中分離出具有干性的隱窩基干細胞。本文系統(tǒng)性地總結(jié)人腸道類器官構(gòu)建過程中，從組織獲取到干細胞分離、最終形成類器官的關(guān)鍵技術(shù)要點、常見問題及解決方案，為相關(guān)研究提供實踐參考。

   腸道上皮是一個持續(xù)更新的動態(tài)系統(tǒng)，其再生能力源于位于腸隱窩基底部的Lgr5+腸道干細胞。2009年，Clevers團隊開創(chuàng)性地在體外利用單個Lgr5+干細胞成功培育出具有隱窩-絨毛結(jié)構(gòu)的腸道類器官，標志著該領(lǐng)域的重大突破。這一技術(shù)的核心在于：從人腸道組織中分離出完整的隱窩單元或活性干細胞，并將其置于能模擬體內(nèi)干細胞巢（Niche）的基質(zhì)膠中，提供必需的生長因子信號。

一、 技術(shù)流程與核心要點

整個流程可大致分為：組織前處理、隱窩/干細胞分離、類器官培養(yǎng)與傳代。每一步的精細操作都直接影響最終的成敗。

1. 組織樣本的前處理與準備

技術(shù)要點：

• 樣本來源與運輸： 樣本可來源于手術(shù)切除的健康或病變腸段、內(nèi)鏡活檢組織。關(guān)鍵在于保持組織活性。離體后應立即置于預冷的（4°C）組織保存液（如含有高濃度抗生素的Advanced DMEM/F12）中，并在最短時間內(nèi)（建議<24小時）進行處理。冰上操作以降低代謝。

• 組織清洗與修剪： 用含有多重抗生素（如青霉素/鏈霉素、慶大霉素、兩性霉素B等）的PBS或Advanced DMEM/F12充分沖洗，直至清洗液清澈，以去除黏液和內(nèi)容物。隨后，使用精細解剖工具小心去除腸壁的肌肉層和脂肪組織，僅保留黏膜層。這一步能極大減少后續(xù)的微生物污染和成纖維細胞過度生長。

• 黏膜剝離： 將修剪后的黏膜組織剪成約0.5 cm2的小塊，便于后續(xù)消化。

2. 隱窩與干細胞的分離

這是整個流程中最關(guān)鍵、技術(shù)性的環(huán)節(jié)，主要方法有化學消化法和物理分離法。

A. 化學消化法（常用）

• 原理： 利用螯合劑和酶選擇性解離細胞間連接，釋放隱窩結(jié)構(gòu)。

• 關(guān)鍵試劑： EDTA (乙二胺四乙酸) 是核心。它通過螯合Ca2?和Mg2?，破壞依賴于二價陽離子的細胞黏附分子（如E-cadherin），從而松解隱窩單元。

• 標準流程與要點：

1. EDTA孵育： 將組織碎片置于含2-30 mM EDTA的PBS溶液中（常用濃度為5-10 mM），在4°C下緩慢搖動孵育30分鐘至2小時。低溫孵育有助于溫和解離，減少對干細胞的損傷。

2. 機械震蕩： 孵育后，用力搖晃試管或使用大口徑吸管反復吹打。此時，隱窩應從黏膜上脫落，懸液變得渾濁。

3. 洗滌與收集： 使用預冷的PBS或基礎(chǔ)培養(yǎng)基洗滌細胞懸液，通過100 μm細胞篩過濾以去除大塊組織。濾液需再次通過40 μm細胞篩，此時完整的隱窩（通常>40 μm）會被截留在篩網(wǎng)上，而單個細胞和碎片則被濾除。

4. 顯微鏡下確認： 收集40 μm篩網(wǎng)上的物質(zhì)，重懸后于倒置顯微鏡下觀察。成功的分離應看到大量形態(tài)完整、呈“花瓶狀"或“戒指狀"的隱窩結(jié)構(gòu)，輪廓清晰，內(nèi)部細胞緊密。碎片和單個細胞應盡可能少。

B. 隱窩富集與純化

• 目的： 進一步提高隱窩的純度，去除殘留的單個細胞（多為分化的上皮細胞或免疫細胞）和死細胞。

• 技術(shù)：

• 自然沉降法： 利用隱窩與單個細胞沉降速度的差異，將細胞懸液靜置于冰上5-10分鐘，小心吸取上清（含較多單個細胞和碎片），重復2-3次。

• 密度梯度離心法： 使用如Percoll等密度梯度離心介質(zhì)，可以更精細地分離出高純度的隱窩。

3. 類器官的培養(yǎng)與維持

技術(shù)要點：

• 基質(zhì)膠包埋： 將收集到的隱窩與預冷的基質(zhì)膠（如Matrigel®或Cultrex BME）充分重懸。關(guān)鍵：所有操作必須在冰上進行，以防止基質(zhì)膠提前聚合。 

• 以每滴20-50 μL的體積將膠滴加至培養(yǎng)板孔中，隨后在37°C下孵育15-30分鐘，使其固化。

• 類器官培養(yǎng)基： 在固化的基質(zhì)膠上覆蓋富含生長因子的類器官培養(yǎng)基。核心生長因子組合包括：

• Wnt3a： 維持干細胞自我更新的關(guān)鍵信號。

• R-spondin 1： 增強Wnt信號通路。

• Noggin： BMP信號通路抑制劑，促進隱窩形態(tài)發(fā)生。

• EGF： 刺激上皮細胞增殖。

• 此外，還需添加B27、N2等補充劑，以及如Gastrin、Nicotinamide等小分子。

• 培養(yǎng)環(huán)境： 置于37°C、5% CO?的恒溫培養(yǎng)箱中。培養(yǎng)基需每2-3天更換一次，以保持生長因子活性和營養(yǎng)供給。

4. 類器官的傳代與擴增

當類器官生長至中心區(qū)域變暗、充滿細胞時（通常培養(yǎng)后5-10天），需要進行傳代。

• 消化： 使用機械吹打或溫和的消化酶（如Accutase、TrypLE）將類器官和基質(zhì)膠消化成單個細胞或小的細胞團塊。

• 重懸與再鋪板： 將消化后的細胞懸液按適當比例（通常1:3至1:6）與新的基質(zhì)膠混合，開始新一輪的培養(yǎng)。

二、 常見問題與優(yōu)化策略

高效分離具有完整功能的人腸道干細胞是成功構(gòu)建類器官的前提。掌握從組織處理、EDTA溫和消化到隱窩純化等一系列關(guān)鍵技術(shù)細節(jié)，是獲得高活性、高純度干細胞群的決定性因素。隨著技術(shù)的不斷進步，如利用流式細胞術(shù)或特定的實驗室儀器分選特定標志物（如CD24, CD44）的干細胞亞群，或通過非整合性重編程手段獲得誘導性多能干細胞來源的腸道類器官，將進一步拓寬該技術(shù)的應用邊界。對技術(shù)要點的深刻理解和不斷優(yōu)化，將是推動人腸道類器官技術(shù)在基礎(chǔ)研究與科研應用中發(fā)揮更大價值的關(guān)鍵。