类器官构建及培养技术是近年来新兴的前沿性科学技术,该技术已经被广泛用到组织器官发育、疾病发病机制、药物开发和再生医学等领域的研究之中。干细胞及组织器官发育分化调控的研究成果为类器官构建及培养技术的建立提供了重要的信息。体外借助细胞外基质成分及细胞因子等构建出适宜于干细胞增殖、分化的三维微环境是类器官构建及培养技术的核心。在适宜的微环境中,干细胞及其分化的多种类型细胞可通过自组织形成与体内相应组织结构和功能相似的类器官。当前,多种类型的类器官构建及培养技术虽然得到广泛应用,但其技术体系仍具有操作的复杂性、产量的不确定性及获得的类器官结构和功能与体内组织存在较大差异性等难题。生物制造领域先进技术的引入推动了类器官技术的发展。本文将综述基质成分与细胞因子构建的三维微环境的研究进展,并讨论生物制造领域的先进技术在类器官构建与培养技术中的应用,例如微孔限定的培养技术可以控制类器官的生长发育,能用于制备大小均一及生物学特性相似的类器官;图案化技术使细胞按图案特征响应性地增殖与分化,可以精准控制类器官的生成;三维生物打印技术可以精确组装各类细胞,有助于构建具有复杂结构和区域特异性的类器官。类器官构建及培养技术是一个新兴的多学科交叉的创新技术,但是还应该看到其技术体系仍有待进一步改进及提升,以获得可准确展现体内相应组织器官结构和功能的类器官。

泛素化修饰作为真核细胞内主要的蛋白质翻译后修饰之一,通过泛素-蛋白酶体系统(UPS)介导了细胞内的蛋白质特异性降解,同时广泛参与并调控细胞内基因转录、信号传导、DNA损伤与修复、细胞周期调控、应激反应甚至个体的免疫应答等几乎所有的生命活动过程。泛素-蛋白酶体系统的精确调控构成了稳定而复杂的泛素化信号网络,而其失调通常会造成癌症、神经退行性疾病、代谢性疾病等多种疾病的发生发展。近年来,基于质谱(MS)的蛋白质组学逐渐成熟,并极大促进了泛素化修饰研究的深度与广度。依托于泛素化蛋白质/肽段富集技术的发展以及高通量、高覆盖度和高灵敏度的质谱检测技术平台,蛋白质泛素化修饰组学也得以快速发展,并逐渐应用于人类生理、病理状态的泛素化蛋白质组研究和疾病发生发展的机制探索。本文主要综述了泛素化修饰组学研究中的泛素化蛋白质/肽段富集方法、质谱鉴定技术、定量标记技术和数据处理方法,同时对泛素化修饰组学技术在疾病研究中的应用也进行了系统分析,理清了当前存在的问题与挑战,为泛素化修饰蛋白质的发现与鉴定提供参考,为相关疾病治疗靶点的筛选和药物研发提供思路。

对基因组DNA进行自由编辑,一直是生物学家的梦想,随着CRISPR-Cas9这一强大基因编辑工具的发现及应用,这一梦想终于成真。起初,科学家发现Cas9、Cas12a及Cas12f等多种CRISPR-Cas系统可用于真核细胞DNA的编辑,随后,又陆续发现Cas13a、Cas13b及Cas13d等核酸酶靶向RNA分子。不仅如此,通过各种各样的改造,科学家还开发一系列新型CRISPR-Cas系统。这些人工改造的基因编辑系统比天然的CRISPR系统具有更高的DNA切割活性、更强的特异性以及更小的体积,它们形成了一个强大的工具集,可用于DNA序列的敲除、替换、表观遗传编辑甚至基因表达的激活和抑制。CRISPR基因编辑技术不仅是基因功能研究的强大工具,其在疾病治疗靶点的发现、病原体的核酸诊断与肿瘤等疾病的临床治疗方面也展现出巨大的潜力。当然,CRISPR技术在实际应用中仍然存在许多潜在的问题尚待解决,例如其在体内的高效递送,免疫原性和脱靶效应等。这些问题都将在本综述中展开讨论。相信随着CRISPR编辑技术的进一步改进,它将以更加完善和精确的方式在人类疾病的预防和治疗中发挥更大的作用。

真核生物染色质空间构象的形成和维持受到多种因素的共同调控,其中多种蛋白质在染色质三维结构的形成与维持中具有重要作用,而大量蛋白质在三维基因组中的具体作用机制仍待研究。本文从研究技术、思路及展望三方面分别进行了论述。首先,介绍了染色质三维结构相关蛋白质的研究技术,其中,基于显微荧光成像的技术包括结构光照明显微技术、单分子定位显微技术和受激发射损耗显微技术,它们可以提高染色质三维结构成像分辨率并丰富染色质三维结构成像细节。测序技术包括针对转录因子的染色质免疫共沉淀测序技术,以及针对染色质的染色质构象捕获及其衍生技术。然后,归纳了基于共定位发现染色质三维结构相关目标蛋白质,以及研究其具体作用机制的思路。将染色质三维结构相关的转录因子和辅因子按其作用机制分类,整理了目前已发现的染色质三维结构相关蛋白质,包括直接作用于DNA、与辅因子共同发挥作用、介导相分离、参与环挤出、与非编码RNA共同发挥作用、引起染色质修饰以及G-四链体相关等。最后,讨论了现有研究技术存在的挑战和未来发展趋势,在实验流程、成本以及有偏性等方面指出了现有研究技术的提升空间和发展方向,推动三维基因组学研究向分子层面发展。

间充质干细胞(MSCs)是一类多组织来源的成体干细胞,具有自我更新及多项分化潜能。移植后,MSCs可以迁移归巢至受损组织,通过分泌免疫调节因子,细胞因子,生长因子,胞外囊泡和其他生物活性物质,发挥抗炎,抗病毒,抗凋亡,抗纤维化,促进血管新生和免疫调节等作用,在治疗自身免疫性疾病及组织器官修复中表现出较好的疗效。目前,国际上已有10余款MSCs产品上市,我国也有30余款间充质干细胞新药获得临床试验默许。胞外囊泡是来源于膜系统,由细胞分泌的双层脂质颗粒,携带有亲本细胞的生物活性物质,包含蛋白质,脂质,mRNA和细胞因子等,可以将亲本细胞信号传递给受体细胞。间充质干细胞来源的胞外囊泡具有与其来源的间充质干细胞相似的生物学特性。因其体积小,免疫原性低,组织渗透性强,循环半衰期长,稳定性高,使用风险低等优点,近年来,胞外囊泡作为非细胞产品逐渐受到关注。除其本身具有组织发育与功能维持,调节免疫,抗氧化应激和促进再生等作用之外,间充质干细胞及其胞外囊泡还可以作为生物载体递送生物活性物质,发挥抗肿瘤和促进组织修复等作用。本文就间充质干细胞及其胞外囊泡的功能及其作为药物载体的研究进展进行综述。