在类器官培养实验中，许多研究者面临着干细胞自我更新与分化之间的矛盾：一方面，干细胞的过度自我更新可能导致细胞类型单一，进而限制分化；另一方面，干细胞的过度分化又可能导致增殖能力不足，难以维持类器官的长期培养。更为重要的是，生物体内的器官也需要平衡增殖与分化，因此，如果无法有效控制类器官的增殖与分化，就难以真实模拟生物器官。那么，如何有效平衡类器官的增殖与分化呢？

近期，一项发表在《Nature Communications》上的研究成果为我们提供了新思路。该研究团队开发了一个新型肠类器官培养系统，旨在通过单一培养条件实现干细胞快速生长与细胞多样性的增加，尽可能达到干细胞自我更新与分化之间的平衡。研究团队的思路如下：

首先，他们假设增强类器官的分化潜能会相应提升干细胞的分化潜能。为建立一个兼具细胞多样性和高增殖能力的类器官培养系统，研究人员利用CRISPR-Cas9技术构建了LGR5-mNeonGreen报告系统，从中筛选出能显著提高LGR5+干细胞比例的小分子组合，验证其在相应培养条件下的细胞多样性及与体内器官的相似性。接着，在筛选出的最佳小分子组合的条件下，通过施加抑制剂和调节其他小分子来平衡干细胞的分化与增殖，最终获得了既具高增殖能力又具细胞多样性的人类小肠类器官系统（hSIO）。

基于此研究思路，科研人员建立了一个“干性”增强的类器官系统，并进行了小分子功能分析及信号通路分子调节等研究。他们精确分析了不同小分子和细胞因子的特定组合，发现能够增强细胞多样性与分化的同时，识别出促进特定细胞分化的信号分子组合，并进行了关键小分子的作用机制初步探究。

显然，平衡类器官的增殖与分化并非易事，需要从分子层面深入分析类器官培养系统，以使体外类器官模型尽可能接近真实的体内器官。团队的研究方法概述如下：

建立“干性”增强的类器官系统

利用CRISPR-Cas9技术构建LGR5-mNeonGreen报告系统来标记LGR5+干细胞，优化小分子和生长因子的组合，以模拟干细胞的体内生态环境。研究发现三种小分子组合——曲古霉素A（TSA或T，HDAC抑制剂）、2-磷酸-l-抗坏血酸（pVc或p，维生素C）及CP673451（CP或C，PDGFR抑制剂）——显著增加了LGR5阳性细胞（肠道内干细胞）的比例。

在TpC条件下实现细胞的多样化与可塑性

通过单细胞RNA测序（scRNA-seq）分析，研究表明在TpC系统下生成的类器官在组成和结构方面与体内器官高度相似，且该系统支持产生动态和可塑性的肠道细胞群体，展现了多谱系生成和细胞可塑性的潜力。

小分子在系统建立中的重要作用

研究通过流式细胞术、免疫荧光染色、RT-qPCR及scRNA-seq等方法分析细胞标记物的表达变化，确认了小分子的作用机制。其中，TSA通过靶向HDACMBD-NuRD复合物增强LGR5干细胞的维持；而iBET-151能够可逆地促进细胞增殖并抑制向分泌细胞的分化。

施加特定信号调节分子实现类器官谱系转变

研究发现，通过调节Wnt、Notch与BMP等信号通路，可以可逆地从分泌细胞分化转变为增强增殖的肠上皮细胞系，或单向分化为特定肠道细胞类型。

值得注意的是，尊龙凯时提供了全套类器官培养所需的试剂、基质和培养基，为未来研究的开展提供了强有力的支持。这项研究不仅推动了类器官培养技术的发展，也为生物医学领域的相关研究提供了新的思路与方法。