组织工程中的3D培养系统

“组织工程”这个概念最初是由美国国家科学基金委员会在1987年提出的,是指利用生物活性物质,通过体外培养或构建的方法,再造或者修复器官及组织的技术。细胞培养技术普遍应用于发育生物学、药物发现、再生医学和蛋白质生产等领域。

 

给大家看一张图片后,相信对组织工程和3D打印不陌生了。

 

3D打印的人耳︱新浪网《3D打印人耳成真:移植3D打印器官或许不再遥远》2016年2月16日

 

体外细胞培养的一个重要原则是需模拟体内细胞生长环境,该模拟系统中最重要的核心因素为细胞与培养环境之间的相互作用。

 

既然3D打印技术能造出器官,这离不开3D培养系统

3D培养系统就是将具有3D结构不同材料的载体与各种不同种类的细胞在体外共培养,使细胞能在载体的3D立体空间结构中迁移、生长,构成3D的细胞载体复合物。

 

自引入细胞培养技术以来,细胞用二维方式培养,附着在组织培养塑料器皿或 ECM 附着蛋白上。生理环境中的细胞与 细胞外基质不断相互作用,调节复杂的生物学功能,如细胞迁移、凋亡、转录调节和受体表达。当细胞在 2D 条件下生长时,由于细胞与其基质之间复杂的细胞信号无法再现,因此体外实验数据无法完全转化为临床试验。 三维细胞培养 应对这一挑战,并作为一个更好的模型更确切地体现体内生理条件。

 

为什么要在3D体系中培养细胞?

  • 在 3D 中生长的干细胞表现出明显更高的分化潜能。
  • 在 3D 培养中药物安全性和有效性研究是高效的,相对更容易进行,减少了制药公司在药物发现上花费的时间。在 3D 细胞模型中可以有效地研究药物引起的肝毒性。
  • 3D 培养在预测耐药性方面提供了更好的数据。烷化剂在与体内肿瘤相比较的3D 培养中表现出耐药性。
  • 包括病毒生长、感染和病原体——宿主相互作用在内的病毒发病机制可以使用 3D 模型,以较低的危险水平进行研究。

3D培养系统就要用生物高分子微纤维支架,如聚乳酸羟基乙酸壳多糖,模拟3D微型生活环境。但因合成高分子的降解产物可能危害细胞生长,后来主要以胶原蛋白作为生长支架,多用含血清的培养基孵育细胞。

2013年三军医硕士学位论文中,某课题组就使用过壳聚糖—明胶(微载体)壳聚糖具有良好的生物相容性和可降解性,较好的力学性能使其加工易成型,在医学领域应用广泛,可作为手术止血敷料、细胞培养生长支架。明胶具有独特的氨基酸序列(Gly-Pro-羟基脯氨酸),良好固水性,能在胞外基质中形成螺旋纤维结构,明胶可降解,其生物相容性也很好,有利于细胞的黏附、生长、迁移。

 

 

3D培养系统在组织工程中会应用在哪里呢?

1、肿瘤组织形态发生

研究发现3D培养技术在研究腺体来源的实体瘤(乳腺癌)的形态发生方面具有显著优势。

Krause等发现上皮细胞与基质的相互作用介导了乳腺发育及乳腺癌的发生与进展,诱导细胞极性分化,形成圆形或长纤维管腔结构,从而证实3D培养的微环境决定乳腺癌细胞的表型。

 

2、肿瘤细胞与间充质细胞相互作用

基于3D细胞共培养体系为分析间充质细胞与肿瘤细胞之间的相互作用提供得力的工具。

Sadlonova等将乳房成纤维细胞与乳腺癌上皮细胞体外3D共培养后,发现成纤维细胞可促进上皮细胞的增殖。

 

 

 

 

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