聚焦3D细胞培养,3D培养系列产品综合介绍

引言
在细胞和组织培养领域,从上世纪70年代起2维(2D)培养的局限性和3维(3D)培养的优点引来诸多关注,越来越多的研究希望将细胞从平面环境中转变到3D空间来。当前,虽然对基于细胞的效应研究和毒性测试中,制药工业如今**常用的依旧是2D方式,3D培养技术已在学术研究中被广泛应用。随着在生物相关性,通量,产出量等方面的改进,伴随3D培养成本的降低,3D培养在再生医学,基础研究和药物研发中的应用将越来越广泛,一场细胞由2D培养走向3D的变革正在发生。
 
2D细胞培养的局限性与3D培养的优势
细胞增殖,分化和代谢等生理活动都严重受到微环境的影响。当前细胞生物学研究大多还是在二维平面培养进行,这种平面培养、生长方式与机体内立体环境差别很大,导致细胞形态、分化、细胞与基质间的相互作用以及细胞与细胞间的相互作用与体内生理条件下细胞的行为存在明显差异。2D和3D环境下培养的细胞相比较,诸多生理指标都显著不同,例如原代小鼠乳腺管腔上皮细胞(mammary luminal epithelial cells, MEC)在3D基底膜基质中增殖的时间明显长于2D培养环境;更有甚者,有时药物作用于2D培养的细胞呈现的效应与3D细胞相反。3D培养可以设计模拟体内的生理环境,让细胞在生理行为上与机体实际的生理环境更接近。正因为此,很多药物研发企业和护肤品生产企业更倾向于使用3D培养细胞(或组织类似物)来开展实验、研究:3D培养让药物研发企业相当程度上摆脱了伦理3R对动物实验的约束,缩短了研发周期,提高了结果可信度,研发少走了弯路,从而节省了成本,提高了企业的竞争力。可以预见,未来在高通量,自动化,低成本,广应用性和高预测性等方面3D培养将逐步突破并日趋成熟、完善,2D培养向3D的转变成为必然的发展趋势和时代潮流。
 
3D细胞培养的主要类型
当前市场上有多种类型的3D培养系统,根据产品是否为细胞提供支撑(支架)材料(scaffold)大体可分为两种类型:基于scaffold的培养体系和无scaffold的培养体系。Scaffold则又有天然成分和人工合成成分之分。
 
一、无scaffold的培养体系
没有供细胞粘附、生长和扩散的支撑结构,使培养基中的细胞聚集成为类似于组织的微组织球体(microtissue spheroids)。无scaffold的培养体系可通过悬滴(hanging drops)让细胞在重力的作用下通过自组装形成微球体。这种方法的优点是可以通过控制悬滴而精准的控制微组织球,使其具有高一致性,为后续研究提供好的微组织材料。而且通过悬滴法可以实现对不同细胞类型的共培养,保证共培养细胞间的信息交流。
无scaffold的培养悬滴培养体系的代表性厂家为InSphero,他们的96孔板设计可以通过手动操作,也支持自动化上样装置轻松实现微组织培养,在肿瘤研究和新型抗癌药物筛选等领域中被广泛选用。
 
下面对InSphero的悬滴培养技术做一简要介绍:
3D细胞培养板主要由GravityPlus板和GravityTRAP板组成,如下图: 
 
 
GravityPlus 板:采用细胞悬滴法(**技术),使细胞形成球体状微组织(3D状态);将细胞悬液(一种细胞或多种细胞)添加到GravityPlus板中,2-4天,细胞在GravityPlus板中会形成微组织(微球状);
GravityTRAP 板:采用非粘附包被技术,使微组织在无依附、不解聚情况下培养数周,便于后续实验及检测。当微组织形成后,将其转移到GravityTRAP板中,可使微组织在无依附、不解聚情况下培养数周,便于后续实验及检测。
 
InSphero无介质支架(scaffold-free) 培养形成的3D微组织呈多细胞球状体,无论在形态学上,还是在功能上均与自然组织类似。适用于标准的生物化学检测和免疫染色等处理。以便捷的96孔板内3D培养模式提供,在多种临床前检测中被广泛应用。紧密的细胞间连接,与体内类似的基因表达谱、营养和氧梯度等使3D微组织成为体外细胞实验的理想模式。
如今,全球**大的前15家制药和护肤品企业均在使用InSphero的GravityPLUS™平台及3D微组织。
 
另一代表性厂家是为N3D Biosciences,下面对N3D Biosciences的磁力驱动3D细胞培养做一简要介绍:
美国n3D Biosciences,Inc 以磁化细胞培养技术为基础,研发出一系列磁力驱动3D细胞培养产品。
 
磁化细胞培养技术:以NanoShuttle(一种生物相容性磁性纳米颗粒)为中心,将其加入到细胞或培养基中磁化细胞,然后再使用磁力驱动器,就可以让细胞进入磁悬浮状态或将细胞打印(printing)成具有结构和生物性能的典型3D模型(环状或微球状)。 
 
对于96孔板试剂盒来说,磁力驱动器有两种:Dot磁力驱动器和Ring磁力驱动器,根据培养的细胞类型和应用来选择: 
 
  
 
n3D Biosciences辅助产品:Magpen(磁力笔),可用于转移3D微组织或者是用于多细胞分层共培养 

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