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2023年底,澳大利亞昆士蘭大學AIBN中心的科學家們成功找到一種能夠逆轉(SARS-COV-2)感染所引發(fā)的大腦過早衰老的策略,為病毒感染后神經健康問題的治療帶來曙光。研究團隊運用合成腦類器官模型,深入探討了SARS-COV-2變體對腦組織的損傷機制。研究人員指出,感染會加速衰老細胞的生成,這些細胞隨著年齡增長在大腦中逐漸累積。而這些衰老細胞會導致炎癥及組織退化,進而引發(fā)患者出現(xiàn)腦霧、記憶喪失等認知障礙。
研究團隊利用大腦類器官模型進行藥物篩選,發(fā)現(xiàn)了四種藥物可以選擇性地消除由引起的這些衰老細胞。這些藥物包括navitoclax、ABT-737、非瑟汀和達沙替尼加槲皮素的混合物(D+Q)。這些藥物不僅能夠恢復大腦活力,還有望降低感染小鼠模型出現(xiàn)神經退行性癥狀的風險。
此項研究得到了來自澳大利亞、英國、美國、智利、德國和俄羅斯等多國研究人員的支持,并已發(fā)表于《Nature Aging》1雜志。這一突破性發(fā)現(xiàn)為病毒感染后的神經健康問題提供了新的治療途徑,為相關領域的未來研究和臨床應用帶來希望。
該研究團隊由澳大利亞生物工程和納米技術研究所(AIBN)的類器官領域專家Ernst Wolvetang教授。作為多能干細胞生物學領域的先驅之一,Wolvetang教授是將人類胚胎干細胞引入昆士蘭大學的科學家之一,并指導成立了澳大利亞類器官中心 Australian Organoid Facility (后續(xù)簡稱AOF)。
他的團隊將患者血液或皮膚細胞轉化為誘導多能干細胞,并制造人體各類細胞及對應類器官。通過CRISPR-Cas9技術對基因組進行操作,結合高內涵成像分析、單細胞基因表達分析、多電極陣列(MEAs)功能分析等技術多種技術解析神經疾病分子機制并篩選治療方法。目前團隊已對唐氏綜合癥、遺傳性毛細血管擴張癥、兒童白質疾病和皮層發(fā)育異常等疾病的理過程提供了新的認識;同時,還運用大腦類器官模型為耐藥性癲癇設計個性化治療方案,并對神經退行性疾病及衰老相關過程(如衰老細胞)的基因治療和藥物治療的臨床前效果進行評估。
將類器官用于臨床治療是目前大趨勢,但類器官培養(yǎng)流程復雜,培養(yǎng)周期長,因此難以實現(xiàn)標準化,如何確保不同實驗室之間的類器官培養(yǎng)具有可比性和可重復性,是亟待解決的問題。
Ernst Wolvetang教授表示,通過自動化技術,他們可以高效快速地進行大規(guī)模的干細胞及各種器官類器官培養(yǎng)、基因組操作、疾病模型構建,并進行個性化藥物和基因療法的臨床前測試,為疾病治療提供重要的數據支持。
由Ernst Wolvetang教授指導成立的AOF中心是一個非營利性自動化平臺,專門為昆士蘭大學研究人員、項目轉化等提供低成本高質量類器官樣本。目前可自動化高通量的提供多種組織器官的類器官樣本構件、優(yōu)化和制備,包括但不限于:腦類及脊髓類器官、腎臟類器官、血管類器官、及腫瘤類器官等。
AOF平臺的類器官“流水線"系統(tǒng)是由瑞孚迪(Revvity)為其打造的explore G3 3D/Organoid Cell culture & imaging(3D細胞類器官培養(yǎng)和成像自動化整合系統(tǒng))。主要包括:Janus G3液體工作站,Opera Phenix Plus高內涵成像系統(tǒng)和Celigo 全孔成像儀,Chemagic 360自動化核酸提取儀、Liconic自動化培養(yǎng)箱與自動化儲板棧等核心設備,并由plate::handler Flex750機械臂進行整合。該系統(tǒng)可以給研究者們提供:基于干細胞或類器官模型的疾病建模,3D細胞高內涵成像及分析,高通量藥物篩選,高通量功能驗證等服務。
Ernst Wolvetang教授表示:
通過AOF自動化平臺技術,我們可以提供可靠的器官樣本制備流水線,輔助藥物候選物的臨床前研究,或幫助生物材料和微工程生物系統(tǒng)的開發(fā)。最大限度地減少類器官培養(yǎng)及類器官藥效篩選的批次間的差異,極大地提高了研究的效率和準確性。
主要設備
Janus G3液體工作站
Opera Phenix Plus高內涵成像系統(tǒng)和Celigo全孔成像儀
Chemagic 360自動化核酸提取儀、Liconic自動化培養(yǎng)箱及Plate Handler Flex750機械臂
explorerG3是一個定制化平臺,因此瑞孚迪在此平臺還可提供更多的自動化方案,如高通量藥物篩選,細胞株構建等。