3D细胞培养:放开心态,轻松转换 [新品推荐]

【字体: 时间:2014年09月16日 来源:生物通

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  与传统的2D技术相比,3D细胞培养带来了许多优势。通常3D培养的生理和形态特征更接近于体内组织。因此,3D培养有可能产生与2D不同的细胞行为,甚至不同的实验结果。然而,在熟悉了传统的2D培养板之后,要转换到3D,谈何容易?下面的这些工具也许能帮到你。

与传统的2D技术相比,3D细胞培养带来了许多优势。通常3D培养的生理和形态特征更接近于体内组织。因此,3D培养有可能产生与2D不同的细胞行为,甚至不同的实验结果。然而,在熟悉了传统的2D培养板之后,要转换到3D,谈何容易?下面的这些工具也许能帮到你。

支架 vs. 无支架

大多数3D培养系统都使用支架,这作为细胞生长的结构支撑。对于支架材料的选择,B-Bridge International的产品经理Lara Cardy建议考虑几个因素,比如你是否需要支架来模拟细胞的天然细胞外基质,你是否想要细胞来形成有功能的多细胞结构,以及你是否打算成像。对于一些生长在支架上的细胞,成像还有点难度,在这种情况下,共聚焦显微镜可能是个不错的选择。

最常用的支架就是水凝胶(hydrogel)。B-Bridge提供合成的肽段水凝胶。这个系统特别适合细胞粘附和迁移的研究。Cardy谈道:“研究人员选择交联剂,确定细胞是否降解水凝胶并创建移动的空间。粘附motif(如RGD肽段)的加入让细胞能够扩散和迁移。”此系统也适合研究共培养,以及有功能的细胞聚集物,如上皮囊肿和球体。

TAP Biosystems的RAFT系统则是基于胶原蛋白。胶原蛋白是细胞外基质的主要成分,而RAFT利用它来构建3D培养的支架,省时省力。研究人员以特定的接种密度将细胞与胶原溶液混合。溶液在几分钟内形成凝胶,此时加入吸收剂,去除水分并浓缩胶原。细胞可以在凝胶内移动、增殖并形成组织。

TAP Biosystems的RAFT开发主管Grant Cameron认为,细胞接种密度是3D培养的一个重要考虑因素,就像2D培养一样。不过,3D培养的密度通常更高,因为3D系统的高度增加了其体积。“在某些情况下,96孔板培养的细胞接种密度已提高至100,000个细胞,”Cameron说。至于其他应用,Cameron 表示RAFT系统还可用于模拟多层的血脑屏障。

一些研究人员倾向于不使用支架来制备细胞聚集物,这样聚集物就能游离在溶液中。MicroTissues公司生产一种微型模具(micro-molds,由Sigma-Aldrich销售),让用户能够制备自己的3D Petri Dish。当细胞加入这种3D Petri Dish时,它们自我聚集,形成多细胞的球体或更复杂的结构,这取决于所使用的模具类型。目前有8种模具设计,包括球状、棒状、环状和蜂窝状。

MicroTissues的市场经理Brian Morgan表示,没有支架最大限度提高了细胞之间的相互作用,这改善了细胞健康。“我们的培养系统是非常稳定的,可实现长达21天的长期培养。我们能将单个肿瘤干细胞培养成多细胞的3D球体。”

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特殊的平板

特殊的细胞培养板也能让3D培养的转换变得轻松,比如,Stemcell Technologies的AggreWell™ 板。

AggreWell板的每个培养孔都包含微孔(直径为400或800微米)。在细胞悬浮液添加到孔中后,细胞沉降并均匀分布在微孔中,随后聚集。通过这种方式,每孔可产生多达4700个均匀的球体。“通过利用AggreWell产生均匀的球体,重复性大大提高,这便于研究人员在开发早期进行问题排查,”Stemcell Technologies的产品经理Simon Hilcove谈道。

3D培养的另一个工具是3D Biomatrix的Perfecta3D® Hanging Drop Plate(悬滴板),为96或384孔板形式的球体生长而设计。当一滴细胞悬浮液滴在孔中时,液滴稳定悬挂,而其中的细胞可以聚集,而不接触任何表面或支架。3D Biomatrix的MaryAnn Labant表示:“用户可以通过每孔的细胞类型和数量来控制球体直径。”这些产品目前由Sigma-Aldrich销售。

据Labant介绍,Perfecta3D悬滴板上生长的球体可用于癌症研究、干细胞分化、毒理学和药物开发。一个最常见的应用就是创建癌症研究的微肿瘤(microtumor)模型。

特殊的磁铁

n3D Biosciences采用了一种基于磁性纳米颗粒的全新3D培养模式。细胞经过纳米颗粒溶液处理后被磁化,随后磁力驱动细胞的移动,以形成3D结构。这个结构可在数分钟内形成,这取决于细胞类型。

n3D Biosciences的总裁Glauco Souza解释道:“利用磁场来组装3D结构,就像一个无形和想象的支架。通过聚集细胞而不是直接控制环境,细胞自身会相互作用,创建他们自己的细胞外基质,以促进3D结构的形成。”

Souza指出,每种细胞类型的条件可能各不相同。例如,一些细胞只需要384孔板每孔中的600个细胞,就能形成有凝聚力的结构,但另一种细胞类型可能需要20,000个细胞。

磁铁可以重复使用,因为磁场的强度是均匀的。“人们能在96或384孔板中轻松打印出可重复的结构,”他说。

无论你采用哪种类型的3D培养系统,记得要保持开放的心态。Souza称,许多研究人员都没有准备好接受3D培养的结果,这可能与之前的2D结果相矛盾。部分原因在于2D和3D培养在细胞形态或密度上的差异。但Souza希望研究人员继续向前。“我们的希望是在进行临床试验之前,通过减少对2D和动物模型的依赖而缩小从实验桌到病床(from benchtop to bedside)的差距,”他说。

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(作者:Caitlin Smith / 生物通编译)

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