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甲状腺类器官 (Thyroid 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、甲状腺疾病建模
报告类型： 文献综述与技术方案

执行摘要

甲状腺类器官是从甲状腺滤泡细胞、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，能够模拟甲状腺滤泡结构、甲状腺激素合成和分泌功能。该技术为甲状腺发育研究、甲状腺疾病建模、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： 甲状腺类器官技术的发展源于甲状腺 3D 培养和甲状腺滤泡细胞研究。

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 甲状腺 3D 共培养方案 Various
2017 患者来源甲状腺类器官建立 Various
2019 甲状腺癌类器官生物库建立 Various
2021 甲状腺类器官再生医学综述 Various Tissue Eng Part A 10.1089/ten.tea.2021.0221
2022 甲状腺类器官当前模型和见解 Various PubMed 35262402
2023 内分泌类器官建模和药物筛选 Various Front Endocrinol 10.3389/fendo.2023.1292619
2024 功能性甲状腺类器官干细胞模型 Various PMC PMC12109553
2025 侵袭性甲状腺癌 3D 类器官模型 Various Eur Thyroid J 10.1159/etj-24-0392

1.3 代表性研究团队

实验室 负责人 机构 国家 主要贡献
甲状腺类器官实验室 Various 多机构合作 全球 甲状腺类器官培养方案优化
甲状腺肿瘤学实验室 Various 多机构合作 全球 甲状腺癌疾病模型建立
再生医学实验室 Various 多机构合作 全球 甲状腺功能恢复和再生研究

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

甲状腺滤泡细胞 (Thyroid Follicular Cells)

来源组织：

获取方式：

优点：

缺点：

甲状腺间质细胞 (Thyroid 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：

甲状腺干细胞/祖细胞

细胞类型：

标志物：

应用：

2.2 细胞分离与培养

甲状腺滤泡细胞分离

材料准备：

试剂：

操作步骤：

步骤 1：甲状腺组织获取

1. 甲状腺手术获取甲状腺组织 (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. 去除包膜和血管
3. 将甲状腺组织剪成 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/I + 透明质酸酶混合酶液
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：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 5：滤泡细胞富集 (可选)

方法 1：免疫磁珠分选 (MACS)

1. 抗 EpCAM 磁珠标记上皮细胞
2. 通过磁柱分离
3. 收集 EpCAM+ 细胞
4. 纯度应>90%

方法 2：流式细胞分选 (FACS)

1. 抗体标记：EpCAM+, CD49f+, CD24+
2. 流式分选滤泡细胞
3. 纯度应>95%

预期产量：

甲状腺类器官诱导培养

培养步骤：

1. 细胞重悬于 Matrigel 或胶原凝胶
2. 接种于 24 孔板
3. 甲状腺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 甲状腺类器官培养方案

3.1.1 Matrigel 包埋法

材料准备：

试剂：

甲状腺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)
Noggin (100 μg/mL)                   500 μL (终浓度 100 ng/mL)
R-spondin1 (500 μg/mL)               500 μL (终浓度 500 ng/mL)
Wnt3a (100 μg/mL)                    500 μL (终浓度 100 ng/mL)
EGF (50 μg/mL)                       500 μL (终浓度 50 ng/mL)
FGF10 (100 μg/mL)                    500 μL (终浓度 100 ng/mL)
FGF7 (100 μg/mL)                     500 μL (终浓度 100 ng/mL)
Nicotinamide (1M)                    5 mL (终浓度 10 mM)
Prostaglandin E2 (1 mM)              500 μL (终浓度 1 μM)
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. 收集甲状腺滤泡细胞
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 甲状腺类器官完全培养基

步骤 4：培养与换液

1. 37°C, 5% CO₂, 饱和湿度培养
2. 每 2-3 天更换甲状腺类器官完全培养基 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 甲状腺类器官完全培养基

步骤 4：培养与换液

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

预期结果：

3.1.3 甲状腺激素合成功能诱导

材料准备：

甲状腺激素合成诱导培养基配方 (500 mL)：

甲状腺类器官完全培养基               495 mL
TSH (100 μg/mL)                      500 μL (终浓度 100 ng/mL)
Insulin (10 mg/mL)                   500 μL (终浓度 10 μg/mL)
Hydrocortisone (1 mg/mL)             500 μL (终浓度 1 μg/mL)
Iodide (10 mM)                       500 μL (终浓度 10 μM)

操作步骤：

1. 成熟甲状腺类器官转移至激素合成诱导培养基
2. 37°C, 5% CO₂ 培养 3-7 天
3. 检测甲状腺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

甲状腺滤泡细胞 (Thyroid Follicular Cells)

标志物 定位 功能 检测方法
NKX2-1 (TTF-1) 核 甲状腺转录因子 免疫荧光、qPCR
PAX8 核 甲状腺转录因子 免疫荧光、qPCR
FOXE1 (TTF-2) 核 甲状腺转录因子 免疫荧光、qPCR
TG (Thyroglobulin) 分泌 甲状腺球蛋白 免疫荧光、ELISA、qPCR
TPO 膜 甲状腺过氧化物酶 免疫荧光、qPCR
NIS (SLC5A5) 膜 钠碘同向转运体 免疫荧光、qPCR
TSHR 膜 TSH 受体 免疫荧光、qPCR

甲状腺 C 细胞 (Parafollicular Cells)

标志物 定位 功能 检测方法
CALCA 分泌 降钙素 免疫荧光、ELISA、qPCR
Chromogranin A 胞质 神经内分泌标志 免疫荧光、qPCR
Synaptophysin 胞质 神经内分泌标志 免疫荧光、qPCR

甲状腺干细胞/祖细胞

标志物 定位 功能 检测方法
CD133 膜 干细胞标志 流式、免疫荧光
CD44 膜 干细胞标志 流式、免疫荧光
NKX2-1 核 甲状腺转录因子 免疫荧光、qPCR
PAX8 核 甲状腺转录因子 免疫荧光、qPCR

增殖与功能标志物

标志物 定位 功能 检测方法
Ki67 核 增殖标志物 免疫荧光、流式
PCNA 核 增殖细胞核抗原 免疫荧光、qPCR
TG 分泌 甲状腺球蛋白 ELISA、免疫荧光
T3/T4 分泌 甲状腺激素 ELISA、RIA

参考文献：

4.3 功能特征

甲状腺激素合成功能

检测方法：

TSH 反应功能

检测方法：

碘摄取功能

检测方法：

5. 主要应用

5.1 甲状腺疾病研究

5.1.1 甲状腺功能减退症 (Hypothyroidism)

研究内容：

研究方法：

研究案例：

5.1.2 甲状腺功能亢进症 (Hyperthyroidism)

研究内容：

研究方法：

5.1.3 甲状腺癌

研究内容：

研究方法：

研究案例：

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
抗甲状腺药物 甲巯咪唑、丙硫氧嘧啶 甲状腺功能亢进
甲状腺激素替代 左甲状腺素 (L-T4) 甲状腺功能减退
TSH 类似物 重组人 TSH 甲状腺癌诊断/治疗
靶向治疗 Lenvatinib, Sorafenib 甲状腺癌

检测方法：

5.2.2 甲状腺毒性测试

测试化合物：

检测终点：

研究案例：

5.3 再生医学

5.3.1 甲状腺功能恢复

研究内容：

研究方法：

研究案例：

5.3.2 iPSC 来源甲状腺类器官

研究内容：

研究案例：

5.3.3 3D 生物打印甲状腺

研究内容：

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
神经支配缺失 无神经分布 神经细胞共培养
免疫细胞有限 甲状腺常驻免疫细胞少 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 T3/T4 分泌水平低于体内 优化激素合成诱导条件、添加 TSH/碘

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
Noggin PeproTech 120-10C BMP 抑制剂 100 μg, -80°C
R-spondin 1 PeproTech 120-38 Wnt 增强剂 100 μg, -80°C
Wnt3a PeproTech 315-20 生长因子 100 μg, -80°C
FGF10 PeproTech 100-26 生长因子 100 μg, -80°C
FGF7 (KGF) PeproTech 100-19 生长因子 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 NKX2-1 抗体 Abcam ab76013 免疫荧光 Mouse mAb
抗 PAX8 抗体 Abcam ab53490 免疫荧光 Rabbit pAb
抗 Thyroglobulin 抗体 Abcam ab8562 免疫荧光 Rabbit pAb
抗 TPO 抗体 Abcam ab178682 免疫荧光 Rabbit pAb

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
滤泡结构不明显 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、TSH/碘不足 优化激素合成诱导条件、添加 TSH/碘化物
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. Thyroid Gland Organoids: Current Models and Insights for Regenerative Medicine. Tissue Engineering Part A. 2022;28(x):xxx-xxx. DOI: 10.1089/ten.tea.2021.0221. PMID: 35262402.

    • 说明： 甲状腺类器官：当前模型和再生医学见解

  2. Various authors. Functional Thyroid Organoids—Powerful Stem Cell-Derived Models. PMC. 2024/2025. PMID: PMC12109553.

    • 说明： 功能性甲状腺类器官：强大的干细胞衍生模型

  3. Various authors. Editorial: Endocrine organoids for modeling, drug screening and regenerative medicine. Frontiers in Endocrinology. 2023;14:1292619. DOI: 10.3389/fendo.2023.1292619.

    • 说明： 内分泌类器官用于建模、药物筛选和再生医学

  4. Various authors. Development of 3D organoid models to study aggressive thyroid cancer. European Thyroid Journal. 2025;14(x):xxx-xxx. DOI: 10.1159/etj-24-0392.

    • 说明： 侵袭性甲状腺癌 3D 类器官模型开发

  5. Various authors. Development and primary characterization of a human thyroid organoid model. Molecular and Cellular Endocrinology. 2024;xxx:xxxxx. DOI: 10.1016/j.mce.2024.xxxxx.

    • 说明： 人甲状腺类器官模型开发和初步表征

  6. Various authors. Advances in the Construction and Application of Thyroid Organoids. PMC. 2023/2024. PMID: PMC10751051.

    • 说明： 甲状腺类器官构建和应用进展

  7. Various authors. Transplantable human thyroid organoids generated from embryonic stem cells. bioRxiv. 2021/2022. DOI: 10.1101/2021.12.01.470729.

    • 说明： 从胚胎干细胞生成可移植人甲状腺类器官 (预印本)

  8. Various authors. State of the Art in 3D Culture Models Applied to Thyroid Cancer. Medicina. 2024;60(4):520. DOI: 10.3390/medicina60040520.

    • 说明： 应用于甲状腺癌的 3D 培养模型最新进展

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。