新冠病毒在病變的晚期會大面積感染肺組織，可能會對肺功能造成嚴重的損害。在過去三年中，人類干細胞衍生的類器官已經成為了新冠研究的有利工具。

 人肺類器官(human lung organoid, hLOs)擁有類似支氣管和肺泡的結構，與人肺部組織結構功能相似，培養過程復雜。研究人員利用小分子化合物和細胞因子誘導干細胞生成了內胚層，再讓內胚層形成三維組織，得到了類似胚胎中早期肺的組織，進一步使其發育成為肺部組織。

人肺類器官培養方案有很多種，接下來，我們根據Han和Alyssa J Miller等文章總結了人類多能干細胞(hPSC)形成人肺類器官和芽尖祖細胞類器官的大致過程^[1][2]。

圖1 Alyssa J Miller等的hPSC形成人肺類器官和芽尖祖細胞類器官的過程^[2]

         hPSCs用Accutase (40506ES)處理并接種到低吸附的6孔板上，重懸于含有10 μM Y-27632 (53006ES)、0.5 ng/mL human BMP4 (92053ES)、2.5 ng/mL human bFGF (91330ES)、100 ng/mL human Activin A (91702ES)的無血清分化培養基中培養3-4天。

         為誘導前腸球體，更換培養基為前腸分化培養基：DMEM/F12培養基中添加1× N-2 (60706ES)、1× B27 (60704ES)、10 mM HEPES (60117ES)、1× L-谷氨酰胺(60314ES)、10 µM SB431542 (53004ES)、200 ng/mL human Noggin (92528ES)、1 µM SAG (53257ES)、500 ng/mL human FGF4 (91303ES)和2 µM CHIR99021 (53003ES)，培養5天。

         然后在不破壞單層細胞的情況下收集漂浮的球體，離心后轉移至新的離心管中，接種至含有Matrigel膠的平板中，37°C靜置。

圖2 前腸球體的明場圖片^[2]

         向前腸球體中加入人肺類器官誘導培養基：DMEM/F12培養基中添加1× N-2 (60706ES)、1× B27 (60704ES)、1% FBS、10 mM HEPES (60117ES)、1× L-谷氨酰胺(60314ES)、500 ng/mL human FGF10 (91306ES)進行培養，每兩周換液。

大約需要50天可以產生人肺類器官，并且具有氣道樣上皮細胞，周圍環繞著間充質細胞和表達肺泡細胞型標記物的上皮細胞的彌散網絡。

圖3 人肺類器官預期生長模式的明場圖像^[2]

         向前腸球體中加入人肺類器官誘導培養基：DMEM/F12培養基中添加1× N-2 (60706ES)、1× B27 (60704ES)、10 mM HEPES  (60117ES)、1× L-谷氨酰胺(60314ES)、10 ng/mL human FGF7 (91304ES)、0.5% BSA (36102ES)、50 µg/mL抗壞血酸(53614ES)、3 µM CHIR99021 (53003ES)、50 nM ATRA (53001ES)和0.4 µM monothio-glycerol，進行培養，每2-3天換液，會生成芽尖祖細胞類器官。

         培養22天后，芽尖祖細胞類器官含有高度富集和增殖的、轉錄類似于人類胎兒芽尖祖細胞的SOX2⁺ - SOX9⁺ ID2⁺ NKX2.1⁺種群細胞。

圖4 芽尖祖細胞類器官生長模式的明場圖像^[2]

[1] Han Y, et al. Identification of SARS-CoV-2 inhibitors using lung and colonic organoids. Nature. 2021 Jan;589(7841):270-275.

[2] Miller AJ, et al. Generation of lung organoids from human pluripotent stem cells in vitro. Nat Protoc. 2019 Feb;14(2):518-540.