一、细胞来源问题
组织样本质量不佳
采集过程损伤:在获取小肠组织样本时,如果操作不够精细,导致组织受到过度挤压、撕扯等机械损伤,会影响后续细胞的分离和培养。例如,手术器械使用不当或采集后运输保存条件不合适,都可能使组织细胞活性降低。
样本污染:小肠本身是有菌环境,如果在采集前肠道准备不充分,或者采集过程中无菌操作不严格,引入了细菌、真菌等微生物污染,这些微生物会在培养过程中大量繁殖,产生毒素,抑制类器官的生长,甚至导致细胞死亡。
组织老化:如果采集的小肠组织来自年龄较大或患有某些疾病导致肠道功能异常的个体,组织细胞的增殖能力和活性可能本身就比较低,从而影响类器官的培养成功率。
细胞分离不当
酶解过度或不足:细胞分离通常需要使用消化酶,如胶原酶等。如果酶的浓度过高、消化时间过长,会导致细胞过度消化,细胞膜受损,细胞活性降低甚至死亡;而酶解不足则无法将组织充分解离成单个细胞或小的细胞团,影响后续类器官的形成。例如,胶原酶浓度过高,在 37℃消化 30 分钟以上,可能会使细胞过度损伤;反之,浓度过低或消化时间过短,组织块仍较大,难以形成类器官。
机械分离损伤:在酶解后,可能还需要进行一些机械分离操作,如吹打等。如果吹打力度过大、次数过多,会使细胞受到机械损伤,影响其后续的生长和分化。
二、培养条件问题
培养基成分问题
基础培养基选择不当:不同的细胞类型和培养阶段可能需要不同的基础培养基。如果选择的基础培养基不适合小肠类器官的生长,可能无法提供细胞生长所需的营养物质和适宜的渗透压、pH 等环境,导致细胞生长缓慢或停滞。例如,一些细胞可能在 DMEM/F12 培养基中生长良好,而另一些可能更适合 RPMI 1640 培养基。
生长因子缺乏或不足:小肠类器官的培养通常需要添加一些生长因子,如表皮生长因子(EGF)、成纤维细胞生长因子(FGF)、Wnt 蛋白等。这些生长因子对于维持细胞的增殖、分化和干性非常重要。如果生长因子的种类不全、浓度不合适或活性丧失,类器官可能无法正常形成和生长。例如,EGF 浓度过低可能导致细胞增殖能力下降,影响类器官的体积增大。
血清质量问题:如果使用含血清的培养基,血清的质量对培养结果影响很大。血清中可能含有一些促进细胞生长的成分,但也可能含有有害的杂质、内毒素等。如果血清质量差,内毒素含量高,会对细胞产生毒性作用,影响类器官的培养。此外,不同批次的血清成分可能存在差异,也可能导致培养结果不稳定。
培养环境问题
温度和 CO₂浓度不准确:小肠类器官培养一般需要在 37℃、5% CO₂的环境中进行。如果培养箱的温度或 CO₂浓度不稳定,偏离了适宜的范围,会影响细胞的代谢和生长。例如,温度过高或过低都会影响酶的活性和细胞的生理功能;CO₂浓度不准确会导致培养基 pH 值不稳定,进而影响细胞的生长环境。
氧气浓度不合适:虽然常规培养环境中氧气浓度一般为大气氧浓度(约 21%),但对于某些小肠类器官,过高或过低的氧气浓度可能都不利于其生长。一些研究表明,低氧环境(如 5% - 10% 氧气)可能更有利于某些肠道干细胞的增殖和类器官的形成,但具体的最佳氧气浓度可能因细胞来源和培养条件而异。
培养器皿问题:培养器皿的材质、表面处理等也会影响细胞的贴壁和生长。如果培养器皿表面不亲水、有杂质残留或涂层不均匀,细胞可能难以贴壁,或者贴壁后生长状态不佳。例如,一些未经特殊处理的塑料培养皿可能不利于小肠类器官细胞的贴壁和生长,而经过细胞培养级表面处理的器皿则更有利于细胞的附着和增殖。
三、操作技术问题
接种密度不合理:接种细胞的密度对小肠类器官的形成至关重要。如果接种密度过低,细胞之间缺乏足够的相互作用和信号交流,可能无法形成类器官;而接种密度过高,细胞会因营养物质和生长空间不足而生长受限,甚至出现细胞凋亡。例如,对于某种小肠类器官,每孔接种细胞数少于 5000 个可能难以形成类器官,而超过 20000 个则可能导致细胞生长不良。
换液操作不当:在培养过程中需要定期更换培养基,以补充营养物质和去除代谢废物。如果换液时操作过于粗暴,可能会使类器官从培养器皿表面脱落,或者对细胞造成机械损伤。此外,换液的频率和量也需要根据细胞的生长状态和培养基的消耗情况进行调整。如果换液过于频繁或量过大,可能会导致细胞生长因子等重要成分的丢失;而换液不及时,代谢废物积累过多,则会影响细胞的生长环境。
传代操作失误:当小肠类器官生长到一定程度需要传代时,如果传代过程中酶解时间、吹打力度等控制不好,会损伤细胞,影响传代后的细胞活性和类器官的形成能力。例如,传代时消化酶作用时间过长,会使类器官结构松散,细胞活性降低,传代后难以继续生长形成新的类器官。
四、污染问题
微生物污染:除了前面提到的样本采集过程中可能引入的污染外,在培养过程中,如果无菌操作不严格,如培养基配制、试剂添加、细胞操作等环节受到细菌、真菌、支原体等微生物污染,会导致细胞生长受到抑制,类器官培养失败。微生物污染可能会使培养基变浑浊、产生异味,显微镜下可以观察到微生物的形态或细胞状态的异常变化。
细胞交叉污染:如果在细胞培养过程中,同时培养多种细胞,或者使用了被其他细胞污染的试剂、耗材等,可能会导致小肠类器官细胞被其他细胞交叉污染。交叉污染的细胞可能会与小肠类器官细胞竞争营养物质和生长空间,影响类器官的正常生长和分化,甚至改变其生物学特性。
五、其他因素
个体差异:不同个体的小肠组织在细胞特性、基因表达等方面可能存在差异,即使采用相同的培养方法,某些个体的小肠组织可能更容易培养出类器官,而另一些则可能较难成功。例如,某些遗传性肠道疾病患者的小肠组织可能由于基因变异等原因,细胞的培养特性与正常个体不同,导致培养难度增加。
未知因素:目前对于小肠类器官培养的研究仍在不断深入,可能还存在一些尚未被完全认识的因素影响培养结果。例如,某些细胞内信号通路的异常激活或抑制、细胞外基质成分的细微差异等,都可能对小肠类器官的培养产生影响,但这些因素可能尚未被广泛关注和研究。