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title: 利用CRISPR创建细胞系和类器官模型系统 - Crown Bioscience
description: 本文最初于2023年3月在Biocompare.com上发表，作者是Josh P. Roberts。
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# [利用CRISPR创建细胞系和类器官模型系统 - Crown Bioscience](https://www.crownbio.com/zh-cn/blog/2023-6-13)

 作者：[Crown Bioscience](https://www.crownbio.com/zh-cn/blog/author/crownadmin) | Jun 13, 2023 4:00:00 AM

本文最初于2023年3月在Biocompare.com上发表，作者是Josh P. Roberts。

利用 CRISPR 等基因编辑工具，研究者几乎可以对细胞基因组进行任意改变，包括构建细胞系和类器官，甚至可以在不同组织环境中，通过对特定基因进行功能性增加（敲入）、改变（SNPs、CNVs）、删除（敲除）或下调表达（敲低）来进行移植。此外，CRISPR 还在基因筛选和组织工程等其他诸多领域以及进一步探索发育、衰老、癌症及其他疾病过程方面也得到了应用。在药物筛选和开发领域，CRISPR 可用于构建细胞系和类器官模型系统，包括利用基因工程原理模拟器官的疾病状态，从而识别和验证靶点，以及先导化合物的筛选和优化。

CRISPR 还可用于敲入表位标签和荧光标签等内源性标签，实现在体外和体内追踪蛋白和细胞。

## 类器官模型系统

细胞系是生物制药行业的核心原料。这些基因同源、二维（2D）、组织特异性细胞系通常来源于正常人或患者体内的原代细胞，经过基因改造后，在此基础上进行药物发现和开发。非肿瘤来源的 2D 培养细胞必须永生化才能无限分裂。

但在人体内，细胞之间相互接触并分泌细胞外基质（ECM），形成具有不同特性的复杂器官结构，产生这一现象的部分原因是相互作用。而且，这种相互作用也促使细胞产生了新的属性，实验室无法仅通过研究细胞来预测这些属性。体外 2D 细胞培养一直是生物医学科研领域进行知识探索和发现采用的技术。然而，由于细胞在人体内会在三个维度上相互作用，研究者更倾向于利用类器官（3D）细胞培养技术来更好地揭示体内发生的各种过程。

这些体外多细胞结构通过自我组织并分化成具有体内器官结构和功能的3D结构。它们源自低分化、健康或患病的干细胞 —— 胚胎干（ES）细胞、诱导多能干（iPS）细胞，甚至成体干细胞。例如，可以构建类器官模型来模拟正常或患病肠道或肝脏的大部分解剖学和生理学特征。与2D细胞培养一样，类器官也可以实现基因修饰，同时还具备至少两个显著优势。

第一，无需为了建立稳定的原代细胞培养而对非转化细胞进行永生化。经证实，类器官即使经过多年传代仍能保持其基因型和表型。

其次，器质体保留了其后代分化为更成熟细胞类型的能力 —— 可以利用这些相同的细胞系来研究分化的后代及其模拟的器官之间的相互作用，以及针对多能干细胞本身进行生物学研究。

## 转基因细胞系和类器官

3D 类器官培养有多种优势，包括能够更接近地模拟器官的结构和功能，但同时也伴随着一些缺点和挑战。

类器官是在细胞外基质或其合成物上生长的，这也给类器官培养的构建和维持带来了更大挑战。3D 结构培养实验通常比2D培养实验的成本更高、更耗时且技术要求更高，
而且成像（包括细胞分割和计数）的难度也更高。

类器官培养细胞的基因改造难度高于 2D 培养细胞。因此，为了避免发生镶嵌现象，大多数方案都要求将类器官分离成单个细胞，并使用特定的生长因子和补充剂来促进干细胞的循环和扩增，然后再靶向它们进行转基因。源自单个转基因干细胞的新转基因类器官可以克隆扩增和冷冻保存，例如用作等基因对照。

## 现状和未来展望

我们已经从 2D 细胞培养技术学到了很多东西，未来还会有更多的探索。然而，类器官可以说更好地模拟了其源器官的生理学特征，从而使研究者能够更充分地理解器官的正常和患病状态及其发育。类器官可以从源自健康供体或患者的细胞中培养出来，并且可以对其进行基因编辑和几乎无限期的克隆繁殖，从而为生物学研究和药物筛选提供参考依据。

类器官（无论是否经过 CRISPR 基因改造）还可以作为异种移植引入动物体内，应用领域从基础生物研究、肿瘤学到再生医学，可谓潜力无穷。此外，类器官还可以相对快速和简单地替代器官移植，构建“合成”体内模型，利用该模型研发和测试潜在的治疗方法。

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