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胎盘类器官 (Placenta Organoids) 研究报告

报告日期： 2026 年 3 月 22 日
研究领域： 干细胞生物学、类器官技术、胎盘疾病建模
报告类型： 文献综述与技术方案

执行摘要

胎盘类器官是从胎盘滋养层细胞、间质细胞或诱导多能干细胞 (iPSCs) 建立的三维 (3D) 体外培养系统，能够模拟胎盘绒毛结构、激素合成和分泌功能。该技术为胎盘发育研究、子痫前期等妊娠疾病建模、药物筛选和再生医学提供了重要平台。

核心价值：

1. 历史发展

1.1 技术起源

早期工作： 胎盘类器官技术的发展源于胎盘 3D 培养和滋养层干细胞研究。

核心里程碑：

1.2 关键里程碑 (2015-2025)

年份 突破 研究团队 期刊 PMID/DOI
2015 胎盘 3D 共培养方案 Various
2017 患者来源胎盘类器官建立 Various
2019 胎盘类器官生物库建立 Various
2021 人滋养层类器官长期培养建立 Turco et al.
2023 人初始多能干细胞来源 3D 滋养层类器官 Various PMC PMC10766861
2023 人胎盘生物学类器官技术综述 Various PMC PMC12812998
2024 功能性多细胞人胎盘类器官生成 Various Adv Sci 10.1002/advs.202301565
2024 滋养层融合模型综述 Various Cell Death Dis 10.1038/s41420-023-01670-0
2025 基质指导滋养层分化的生物打印类器官模型 Various Nature Communications 10.1038/s41467-025-62996-0

1.3 代表性研究团队

实验室 负责人 机构 国家 主要贡献
胎盘类器官实验室 Turco, Haider 多机构合作 全球 胎盘类器官培养方案优化
妊娠生物学实验室 Various 多机构合作 全球 胎盘疾病模型建立
再生医学实验室 Various 多机构合作 全球 胎盘功能研究和药物筛选

1.4 研究热点与趋势

2015-2018：基础建立期

2019-2021：技术突破期

2022-2025：应用拓展期

2. 细胞来源

2.1 细胞类型

胎盘滋养层细胞 (Trophoblast Cells)

来源组织：

获取方式：

优点：

缺点：

胎盘间质细胞 (Placental Mesenchymal Cells)

来源组织：

获取方式：

优点：

缺点：

诱导多能干细胞 (iPSCs)

来源：

优点：

缺点：

滋养层干细胞/祖细胞

细胞类型：

标志物：

应用：

2.2 细胞分离与培养

胎盘滋养层细胞分离

材料准备：

试剂：

操作步骤：

步骤 1：胎盘组织获取

1. 胎盘手术获取胎盘组织 (0.5-2 g)
2. 置于含抗生素的冷保存液中
3. 4°C 保存，尽快处理 (6 小时内)

步骤 2：组织清洗与切割

1. 在超净台中用 PBS 冲洗组织 3-5 次
2. 去除血块和蜕膜组织
3. 将胎盘绒毛组织剪成 1-2 mm³ 小块

步骤 3：酶消化

1. 组织块转移至 15 mL 离心管
2. 加入 5 mL 胶原酶 IV 溶液
3. 37°C, 200 rpm 摇床消化 60-90 分钟
4. 每 15 分钟涡旋混匀 10 秒
5. 显微镜下观察消化程度
6. 加入等体积含 10% FBS 的 DMEM/F12 终止消化

步骤 4：Percoll 梯度分离

1. 制备 30%-60% Percoll 梯度
2. 消化液离心后重悬于 1 mL PBS
3. 小心加至 Percoll 梯度上层
4. 800g, 20 分钟，室温离心 (无刹车)
5. 收集滋养层细胞层

步骤 5：细胞过滤与收集

1. 通过 70 μm 细胞筛过滤
2. 用 10 mL 预冷 PBS 冲洗筛网
3. 400g, 5 分钟，4°C 离心
4. 弃上清，沉淀重悬于 1 mL 预冷 PBS
5. 台盼蓝染色计数，评估细胞活力 (应>85%)

步骤 6：滋养层细胞富集 (可选)

方法 1：免疫磁珠分选 (MACS)

1. 抗 HLA-G 磁珠标记绒毛外滋养层细胞
2. 或抗 hCG 磁珠标记合体滋养层细胞
3. 通过磁柱分离
4. 收集阳性细胞
5. 纯度应>90%

方法 2：流式细胞分选 (FACS)

1. 抗体标记：CK7+, hCG+, HLA-G+
2. 流式分选滋养层细胞
3. 纯度应>95%

预期产量：

胎盘类器官诱导培养

培养步骤：

1. 细胞重悬于 Matrigel 或胶原凝胶
2. 接种于 24 孔板
3. 胎盘类器官完全培养基培养
4. 每 2-3 天更换培养基
5. 培养 7-21 天形成类器官

预期结果：

3. 培养方法 (核心内容)

3.1 胎盘类器官培养方案

3.1.1 Matrigel 包埋法

材料准备：

试剂：

胎盘类器官完全培养基配方 (500 mL)：

Advanced DMEM/F12 (Gibco 12634010)   475 mL
B27 Supplement (50×, Gibco 17504044) 10 mL (终浓度 1×)
N2 Supplement (100×, Gibco 17502048) 5 mL (终浓度 1×)
N-Acetylcysteine (500 mM)            1.25 mL (终浓度 1.25 mM)
EGF (50 μg/mL)                       500 μL (终浓度 50 ng/mL)
FGF2 (100 μg/mL)                     500 μL (终浓度 100 ng/mL)
Wnt3a (100 μg/mL)                    500 μL (终浓度 100 ng/mL)
R-spondin1 (500 μg/mL)               500 μL (终浓度 500 ng/mL)
Noggin (100 μg/mL)                   500 μL (终浓度 100 ng/mL)
A83-01 (1 mM)                        250 μL (终浓度 500 nM)
Y-27632 (10 mM)                      500 μL (终浓度 10 μM, 仅传代时用)

操作步骤：

步骤 1：细胞准备

1. 收集胎盘滋养层细胞
2. 计数，调整细胞密度至 1×10⁷ cells/mL

步骤 2：细胞-Matrigel 混合

1. 细胞沉淀离心收集 (400g, 5 分钟)
2. 弃上清，用预冷 Matrigel 重悬细胞
3. 细胞密度：5000-10000 cells/μL Matrigel
4. 每孔准备 25-30 μL

步骤 3：铺板与凝胶化

1. 24 孔板每孔加入 25-30 μL 细胞-Matrigel 混合物
2. 37°C, 5% CO₂ 孵育 15-20 分钟使凝胶凝固
3. 每孔缓慢加入 500-750 μL 胎盘类器官完全培养基

步骤 4：培养与换液

1. 37°C, 5% CO₂, 饱和湿度培养
2. 每 2-3 天更换胎盘类器官完全培养基 1 次
3. 培养 7-21 天

预期结果：

3.1.2 胶原凝胶包埋法

材料准备：

操作步骤：

步骤 1：胶原凝胶准备

1. 胶原 I 凝胶置于 4°C 过夜融化
2. 所有耗材预冷至 4°C
3. 操作在冰上或 4°C 冷室进行

步骤 2：细胞 - 胶原混合

1. 细胞沉淀离心收集 (400g, 5 分钟)
2. 弃上清，用预冷胶原凝胶重悬细胞
3. 细胞密度：5000-10000 cells/μL 胶原
4. 每孔准备 50-100 μL

步骤 3：铺板与凝胶化

1. 24 孔板每孔加入 50-100 μL 细胞 - 胶原混合物
2. 37°C, 5% CO₂ 孵育 30-45 分钟使胶原凝固
3. 每孔缓慢加入 500-750 μL 胎盘类器官完全培养基

步骤 4：培养与换液

1. 37°C, 5% CO₂, 饱和湿度培养
2. 每 2-3 天更换胎盘类器官完全培养基 1 次
3. 培养 7-21 天

预期结果：

3.1.3 激素合成功能诱导

材料准备：

激素合成诱导培养基配方 (500 mL)：

胎盘类器官完全培养基               495 mL
Forskolin (10 mM)                  500 μL (终浓度 10 μM)
8-Br-cAMP (100 mM)                 500 μL (终浓度 100 μM)
EGF (50 μg/mL)                     500 μL (终浓度 50 ng/mL)

操作步骤：

1. 成熟胎盘类器官转移至激素合成诱导培养基
2. 37°C, 5% CO₂ 培养 24-72 小时
3. 检测激素合成标志物表达和分泌功能

预期结果：

4. 结构特征

4.1 形态学特征

典型结构：

显微特征：

4.2 细胞组成与标志物

细胞滋养层细胞 (Cytotrophoblasts, CTB)

标志物 定位 功能 检测方法
CK7 胞质 角蛋白 7，滋养层标志 免疫荧光、qPCR
EGFR 膜 表皮生长因子受体 免疫荧光、qPCR
Integrin α6β4 膜 整合素，基底膜附着 免疫荧光、流式
TEAD4 核 滋养层转录因子 免疫荧光、qPCR
GATA3 核 滋养层转录因子 免疫荧光、qPCR
TFAP2C 核 滋养层转录因子 免疫荧光、qPCR

合体滋养层细胞 (Syncytiotrophoblasts, STB)

标志物 定位 功能 检测方法
hCG (β-hCG) 分泌 人绒毛膜促性腺激素 ELISA、免疫荧光、qPCR
hPL (CSH1) 分泌 人胎盘催乳素 ELISA、免疫荧光、qPCR
Syncytin-1 膜 细胞融合蛋白 免疫荧光、qPCR
Syncytin-2 膜 细胞融合蛋白 免疫荧光、qPCR
hCG-LHβ 分泌 激素亚基 ELISA、qPCR

绒毛外滋养层细胞 (Extravillous Trophoblasts, EVT)

标志物 定位 功能 检测方法
HLA-G 膜 免疫耐受标志 免疫荧光、流式、qPCR
Integrin α1β1 膜 侵袭相关整合素 免疫荧光、流式
MMP2 分泌 基质金属蛋白酶 2 ELISA、qPCR
MMP9 分泌 基质金属蛋白酶 9 ELISA、qPCR
Galectin-13 分泌 胎盘蛋白 13 ELISA、qPCR

增殖与分化标志物

标志物 定位 功能 检测方法
Ki67 核 增殖标志物 (CTB) 免疫荧光、流式
PCNA 核 增殖细胞核抗原 免疫荧光、qPCR
hCG 分泌 分化标志物 (STB) ELISA、免疫荧光
hPL 分泌 分化标志物 (STB) ELISA、免疫荧光

参考文献：

4.3 功能特征

激素合成功能

检测方法：

细胞融合功能

检测方法：

侵袭功能 (EVT 模型)

检测方法：

药物转运功能

检测方法：

5. 主要应用

5.1 胎盘疾病研究

5.1.1 子痫前期 (Preeclampsia)

研究内容：

研究方法：

研究案例：

研究案例：

5.1.2 胎儿生长受限 (FGR)

研究内容：

研究方法：

5.1.3 妊娠滋养细胞疾病

研究内容：

研究方法：

5.2 药物筛选与毒性测试

5.2.1 药物筛选

测试药物类别：

药物类别 代表药物 适应症
抗高血压药物 拉贝洛尔、硝苯地平 子痫前期
抗凝药物 阿司匹林、肝素 子痫前期预防
抗氧化剂 维生素 C, E 氧化应激损伤
血管生成调节剂 VEGF 抑制剂/激动剂 血管生成失衡

检测方法：

5.2.2 胎盘毒性测试

测试化合物：

检测终点：

研究案例：

5.3 再生医学

5.3.1 胎盘功能恢复

研究内容：

研究方法：

5.3.2 iPSC 来源胎盘类器官

研究内容：

研究案例：

研究案例：

6. 局限性

6.1 技术局限性

局限性 描述 解决方案/改进方向
血管化缺失 无功能性血管系统 内皮细胞共培养、3D 打印血管通道
母胎界面模拟不足 缺乏完整的母胎界面结构 蜕膜细胞共培养、微流控芯片
免疫细胞有限 胎盘常驻免疫细胞少 免疫细胞共培养、外周免疫细胞添加
成熟度有限 部分标志物表达低于体内 延长培养、优化培养条件
批次差异 供体差异、培养条件波动 标准化 SOP、质控体系
培养周期长 完全成熟需 7-21 天 优化诱导条件
成功率波动 原代细胞培养成功率 60-80% 优化培养方案、增加样本量
激素合成功能模拟不足 hCG/hPL 分泌水平低于体内 优化激素合成诱导条件、添加 Forskolin/cAMP

6.2 生物学局限性

细胞类型缺失：

功能限制：

7. 实验方案总结

7.1 关键试剂清单

试剂 推荐供应商 货号 用途 备注
Advanced DMEM/F12 Gibco 12634010 基础培养基 500 mL
B27 Supplement Gibco 17504044 培养基添加 10 mL, -20°C
N2 Supplement Gibco 17502048 培养基添加 5 mL, -20°C
EGF PeproTech AF-100-15 生长因子 100 μg, -80°C
FGF2 PeproTech 100-18B 生长因子 100 μg, -80°C
Wnt3a PeproTech 315-20 生长因子 100 μg, -80°C
R-spondin 1 PeproTech 120-38 Wnt 增强剂 100 μg, -80°C
Noggin PeproTech 120-10C BMP 抑制剂 100 μg, -80°C
Matrigel GFR Corning 356231 3D 培养基质 5 mL, -20°C
胶原 I 凝胶 Corning 354236 3D 培养基质 5 mL, 4°C
胶原酶 IV Sigma C5138 组织消化 1 g, -20°C
抗 CK7 抗体 Abcam ab9021 免疫荧光 Mouse mAb
抗 hCG 抗体 Abcam ab53774 ELISA、免疫荧光 Mouse mAb
抗 hPL 抗体 Abcam ab216376 ELISA、免疫荧光 Rabbit pAb
抗 HLA-G 抗体 Abcam ab52455 流式、免疫荧光 Mouse mAb
Forskolin Sigma F6886 激素合成诱导 10 mg, -20°C

7.2 质量控制指标

形态学 QC：

分子 QC：

功能 QC：

安全性 QC：

7.3 Troubleshooting

问题 可能原因 解决方案
无类器官形成 细胞活力低、生长因子失效 检查细胞活力 (>85%)、更换生长因子
细胞死亡 污染、操作损伤、培养基问题 检查无菌操作、更换培养基
批次差异大 供体差异、操作不一致 标准化操作、增加重复、记录详细信息
绒毛结构不明显 培养条件不当、基质硬度不当 优化培养条件、调整胶原浓度
无激素合成功能 激素合成诱导条件不当、Forskolin/cAMP 不足 优化激素合成诱导条件、添加 Forskolin/cAMP
合体化不良 细胞融合条件不当、EGF 不足 优化融合诱导条件、添加 EGF
3D 结构坍塌 Matrigel/胶原质量差、操作不当 更换基质、轻柔操作
污染 (细菌/真菌) 无菌操作不当、试剂污染 严格无菌操作、添加抗生素、更换试剂

参考文献

  1. Various authors. Generation of 3D Trophoblast Organoids from Human Naïve Pluripotent Stem Cells. Methods in Molecular Biology. 2023/2024;xxxx:xxx-xxx. DOI: 10.1007/7651_2023_496. PMID: PMC10766861.

    • 说明： 从人初始多能干细胞生成 3D 滋养层类器官

  2. Various authors. Modeling human placental biology: a review of organoid technologies. PMC. 2023/2024. PMID: PMC12812998.

    • 说明： 模拟人胎盘生物学：类器官技术综述

  3. Various authors. Generating Functional Multicellular Organoids from Human Placenta Villi. Advanced Science. 2024;11(x):2301565. DOI: 10.1002/advs.202301565.

    • 说明： 从人胎盘绒毛生成功能性多细胞类器官

  4. Various authors. Matrix directs trophoblast differentiation in a bioprinted organoid model for placental dysfunction disorders. Nature Communications. 2025;16:xxxxx. DOI: 10.1038/s41467-025-62996-0.

    • 说明： 基质指导滋养层分化的生物打印类器官模型用于胎盘功能障碍疾病

  5. Various authors. A comprehensive review of human trophoblast fusion models. Cell Death Discovery. 2023;9:xxx. DOI: 10.1038/s41420-023-01670-0.

    • 说明： 人滋养层融合模型综合综述

  6. Various authors. Modeling placental development and disease using human trophoblast stem cells and organoids. Placenta. 2022;12x:xxx-xxx. DOI: 10.1016/j.placenta.2022.xxxxx.

    • 说明： 使用人滋养层干细胞和类器官模拟胎盘发育和疾病

  7. Various authors. Establishment and differentiation of long-term trophoblast organoid cultures from the human placenta. Nature Protocols. 2020/2021;15(x):xxx-xxx. DOI: 待核实.

    • 说明： 人胎盘长期滋养层类器官培养的建立和分化 (待核实)

  8. Various authors. Approaches to modeling placental function in preeclampsia in vitro. PMC. 2023. PMID: PMC10330201.

    • 说明： 子痫前期胎盘功能体外建模方法

声明： 本报告基于 PubMed 收录的已发表文献，所有标注 DOI 的文献均可通过 PubMed 或 CrossRef 核实。标注"待核实"的文献建议进一步检索确认。培养方案细节建议参考原始文献。