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3D細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)

發(fā)布日期：2023-04-11 14:56:55

3D細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)

       細(xì)胞在平面上生長是人為的和不自然的，因為這與細(xì)胞能夠以最佳狀態(tài)進(jìn)行旺盛生長的體內(nèi)環(huán)境并不相同。因此，傳統(tǒng)的2D單層細(xì)胞培養(yǎng)物很難恰當(dāng)?shù)胤从吵黾?xì)胞的體內(nèi)生長環(huán)境，進(jìn)而可能造成細(xì)胞結(jié)構(gòu)和組織功能的缺失。
       三維（3D）細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)能夠更好地模擬生物體內(nèi)細(xì)胞存活的自然環(huán)境，其自然條件可保持細(xì)胞間相互作用和更逼真的生化和生理反應(yīng)。在3D環(huán)境中，細(xì)胞對內(nèi)源性和外源性刺激（如溫度、pH、營養(yǎng)吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)和分化等方面的改變）應(yīng)答更接近于它們在體內(nèi)的反應(yīng)。
       再生醫(yī)學(xué)的力量為理解發(fā)育、老化和組織年輕化等許多有趣的細(xì)胞進(jìn)程提供了方法，了解生物學(xué)中這些有趣過程的唯一方法就是研究與生物體非常相似的模型系統(tǒng)，這使得3D細(xì)胞培養(yǎng)成為必不可少的研究工具。

3D細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)使諸多科研工作者從中受益，因此在過去十年里，研究人員也不斷開發(fā)出更多3D細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)，使研究人員可以在體外保持細(xì)胞的天然3D結(jié)構(gòu)，改善細(xì)胞培養(yǎng)環(huán)境，輔助它們生長于更接近體內(nèi)的環(huán)境條件中。

       3D細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)很多，但總結(jié)起來可以分為3類：
       基本原理：
       水凝膠是水膨脹性的高分子網(wǎng)絡(luò)，被設(shè)計用來模擬復(fù)雜的細(xì)胞外微環(huán)境。水凝膠由水、ECM蛋白和生長因子組成。用于三維細(xì)胞培養(yǎng)的第一代水凝膠是從小鼠肉瘤細(xì)胞基底膜提取的ECM聚合物，新一代的合成、混合或基于多肽的材料則可以制備滿足特定需求的培養(yǎng)環(huán)境，為每個細(xì)胞和應(yīng)用需求提供最合適的選擇。
       天然水凝膠
       ECM凝膠：從小鼠肉瘤細(xì)胞基底膜提取的天然ECM，可以提供非常豐富的營養(yǎng)，與細(xì)胞的發(fā)育具有高度兼容性。ECM的主要組分是層粘連蛋白、IV型膠原、蛋白多糖硫酸乙酰肝素和巢蛋白。這種水凝膠聚合物可通過20-40°C熱激活，凝膠化過程也是可逆的(蛋白質(zhì)濃度:8–12mg/ml)。
       MaxGel? 胞外基質(zhì)：MaxGel人細(xì)胞外基質(zhì)源于體外培養(yǎng)的細(xì)胞基底膜，含有可預(yù)測的低水平內(nèi)源生長因子，更適合需要更明確和特征再造BME的應(yīng)用，最終可降低實驗的可變性。MaxGel人細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）含有多種細(xì)胞外基質(zhì)成分，包括膠原蛋白、層粘蛋白、纖連蛋白、腱生蛋白、彈性蛋白以及大量的蛋白聚糖及粘多糖等。用于細(xì)胞培養(yǎng)的ECM可以高效地重現(xiàn)上皮細(xì)胞與間質(zhì)在皮膚發(fā)育及器官型細(xì)胞培養(yǎng)過程中的協(xié)同作用。MaxGel?可以促進(jìn)細(xì)胞生長和遷移，已被證實可以促進(jìn)多種類型細(xì)胞的增殖，包括神經(jīng)干細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞、神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞。
       Cultrex? 3-D培養(yǎng)工具
       3-D Culture MatrixTM RGF BME低生長因子基底膜抽提物，經(jīng)過效果驗證，專為滿足三維培養(yǎng)研究的需求而研制。為了提供最標(biāo)準(zhǔn)化的3D培養(yǎng)基底膜抽提物產(chǎn)品，采用一套特殊工藝來降低生長因子以更好的保證批間一致性，并將基質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)濃度控制在15 mg/ml左右，隨后在三維培養(yǎng)條件下對本品的效能進(jìn)行評估驗證。
       天然水凝膠技術(shù)優(yōu)勢：
       建立已久，支持文獻(xiàn)和應(yīng)用較多
       提供天然生物配體
       通常含有生長因子和細(xì)胞因子
       合成水凝膠
       HyStem?細(xì)胞培養(yǎng)支架--- 首款定制合成的ECM
       HyStem產(chǎn)品是首個可定制的合成ECM，與體內(nèi)條件非常相近。使用HyStem 平臺，研究人員可控制生長因子、黏附因子和ECM 蛋白的摻入、水凝膠硬度及細(xì)胞囊化等。由于HyStem 是一種合成的基質(zhì)，而不是生物提取物，所以研究人員能夠密切
控制細(xì)胞環(huán)境的組成。
       HyStem 的成分包括化學(xué)合成的HyStem（巰基化透明質(zhì)酸）、Extralink?（硫醇反應(yīng)性交聯(lián)劑）、脫氣的水和生物純化的Gelin-S?（變性膠干細(xì)胞的天然環(huán)境富含透明質(zhì)酸，因此，HyStem 試劑盒是培養(yǎng)干細(xì)胞的最佳選擇。HyStem 水凝膠支架精密模仿了天然的細(xì)胞外基質(zhì)環(huán)境，含有豐富的透明質(zhì)酸和
膠原纖維，同時具有定制靈活性，能加入適當(dāng)?shù)纳L因子、附著因子和蛋白。
       HydroMatrix?多肽水凝膠
       HydroMatrix?水凝膠是一種合成多肽納米纖維支架，通過高度交聯(lián)的多肽水性凝膠中的天然三維結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)對合成基質(zhì)的精確控制。HydroMatrix支架可以在溫度或離子強(qiáng)度變化刺激下從液態(tài)前體自組裝為高度交聯(lián)的三維多肽水性凝膠。通過調(diào)整HydroMatrix溶液的濃度，研究人員可以控制3-D結(jié)構(gòu)的柔韌性，并對結(jié)構(gòu)進(jìn)行剪裁以滿足個人需求。HydroMatrix?可以促進(jìn)細(xì)胞生長和遷移，已被證實可以促進(jìn)多種類型細(xì)胞的增殖，包括神經(jīng)干細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞、神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞。
       HydroMatrix多肽水凝膠可支持極佳的細(xì)胞生長環(huán)境。大鼠神經(jīng)干細(xì)胞(NSCs)在3種平面上進(jìn)行培養(yǎng)：NSCs在組織培養(yǎng)塑料平面生長很差(A)，在多聚賴氨酸/層粘蛋白處理的平面上長勢稍好(B)，但在0.5% (w/v)的HydroMatrix多肽水凝膠上表現(xiàn)出極佳的生長狀態(tài)(C)
       合成水凝膠技術(shù)優(yōu)勢:
       明確無動物源成分和病原物
       無生長因子，無批間差異
       可通過額外添加特異的生物相關(guān)氨基酸序列實現(xiàn)進(jìn)一步功能化