体外细胞三维培养技术在药理毒理学研究中的应用

体外细胞三维培养技术能模拟体内细胞之间以及细胞胞外基质间信号转导的微环境,既能保留体内细胞微环境的物质结构基础,又可体现细胞培养的直观性及条件可控性。近年来,体外细胞三维培养技术在药理毒理学研究中有着广泛应用,是外源化合物遗传毒性、肿瘤多细胞耐药、抗肿瘤药物高通量筛选、皮肤毒理学研究以及药物代谢与毒性试验等研究的有力工具。本文就体外细胞三维培养技术在药理毒理学研究中的应用作简要综述。

用于肿瘤细胞三维培养的微流控芯片构建及培养条件研究

目的设计制作用于肿瘤细胞三维培养的微流控芯片,以海藻酸钙凝胶为细胞支架,基于芯片研究适合的凝胶形成、溶解条件,利用该条件长期培养SMMC-7721细胞并检测其活力。方法利用CDR软件、软光刻技术、模塑法、等离子键合法等设计并制作出微流控芯片并验证其适用性;在芯片中三维培养肝肿瘤细胞SMMC-7721,观察细胞形态,以IPP软件辅助计算细胞在72h的存活率。结果设计制作的微流控芯片适合于肿瘤细胞三维培养;芯片中培养的肝癌细胞72 h内生长状态良好,存活率达(96.1±4.5)%,细胞堆积排列紧密,出现肿瘤细胞聚集体(tumor cell spheroid,TCS)。结论该文设计构建用于肿瘤细胞三维培养的微流控芯片,并用于肝癌细胞SMMC-7721培养,细胞生长状态良好,且细胞生长与聚集状态表现出一定特殊性。利用该芯片进行肿瘤细胞三维培养,可以为肿瘤细胞生长状态研究及抗肿瘤药物筛选提供更有利的方式。

一种新型的鼠尾胶滴胃癌细胞三维培养模型的建立与药敏初探

目的:建立一种简便的鼠尾胶原包被的胃癌细胞体外三维培养和药敏技术,初步评估该方法的稳定性和可行性。方法:以国产鼠尾胶原溶液为原料,制备包裹有胃癌细胞株的胶滴,在培养基中培养8天,观察BGC823细胞株在胶滴中的生长情况。接着对胶滴中的细胞克隆进行染色,捕捉胶滴中的数字图像,利用软件计算图像内染色区域的积分光密度值(integrated optical density,IOD),对胶滴中的细胞活力进行定量;最后初步计算两种不同浓度的顺铂组BGC823细胞株的存活率。结果:成功建立一种新型的胃癌细胞鼠尾胶滴三维培养模型。结论:初步证实了基于此模型进行后续药敏实验的可行性。

骨髓间充质干细胞三维培养——构建工程组织

骨髓间充质干细胞因其可获得性、可扩增性和可多向分化性,是理想的组织工程种子细胞,用于构建工程组织。实现这一目标的主要障碍在于如何在体外模拟生理环境培养骨髓间充质干细胞,因此,研究并改进骨髓间充质干细胞体外三维培养至关重要。对近年来骨髓间充质干细胞作为组织工程种子细胞的培养方式、培养系统以及培养中的环境因素加以评述。

聚二甲基硅氧烷-纸复合微流控芯片上的肝癌细胞三维培养

研发了一种聚二甲基硅氧烷-纸复合型微流控芯片用于肝癌细胞三维培养。芯片使用明胶处理硝酸纤维素薄膜作为细胞培养基底,以水凝胶网格作为三维培养支撑。结合微通道主动灌流与水凝胶中的被动扩散,模拟体内的流体运输形式实现细胞与外界物质交换。实验结果显示,芯片上的液滴生成以及细胞定位种植简便可靠。连续监测显示肝癌HepG2细胞在水凝胶微球中增殖形成类似组织的三维结构。细胞增殖动力学分析以及生化检测结果显示了芯片三维培养与二维培养的差别。这种芯片三维细胞培养方法操作简便可靠,仿真度高,适合于肿瘤细胞研究。

动态应变下肌腱细胞三维培养的初步研究

目的 研究三维培养条件下机械应变对肌腱细胞形态、排列、增殖及代谢的影响。方法 采用自行研制的动态应变三维细胞培养装置 ,将机械应变作用于肌腱细胞 -支架材料复合物。结果 机械应变对肌腱细胞分裂、DNA合成和代谢的影响与应变作用的强度、频率、周期及作用时间有关。采用特定的应变 (10 %伸长、0 .2Hz、每小时作用 15分钟 )作用 48小时 ,加载组肌腱细胞数和 3H标记的胸腺嘧啶核苷掺入量都明显高于对照组(P<0 .0 5 ) ;在应变作用下 ,其细胞形态呈扁平形 ,沿应变方向延伸 ;机械应变还引起 型胶原合成增加 (P<0 .0 5 )。结论 周期性机械应变直接作用于肌腱细胞可以刺激其生长 ,这对于应用机械应变促进组织工程化肌腱的构建具有重要应用价值。

二维和三维培养脐带间充质干细胞的差异基因表达研究

目的比较二维培养和三维培养的脐带间充质干细胞(UC-MSCs)的细胞形态和基因表达。方法分别采用以聚氟乙烯为支架的三维培养及传统二维培养方法进行稳定增殖期UC-MSCs细胞的培养,使用倒置显微镜、扫描电镜等观察比较二维培养与三维培养在细胞形态、细胞连接等方面的不同;然后应用基因表达谱芯片技术检测二维培养细胞与三维培养细胞的差异表达基因,用KEGG数据库及GO数据库进行生物信息学分析。结果成功分离并培养人UC-MSCs,流式检测高表达CD105、CD73和CD90等。三维培养的UC-MSCs附着在支架的表面生长并向外扩散,支架各层均可见细胞生长,细胞与细胞间连接紧密。基因表达谱芯片分析显示,三维培养的UC-MSCs与二维培养的UC-MSCs相比,升高的基因主要与生物学过程、分子功能及细胞组分相关,且参与了多个细胞信号通路的调控。结论与二维培养相比,三维细胞培养环境更适合脐带间充质干细胞的生长。

开放大孔海藻酸微球的制备及三维细胞培养应用

开放大孔微球能够帮助细胞-细胞和细胞-细胞外基质相互作用的形成,适合作为三维细胞培养支架。采用微流控技术和在线紫外引发交联法制备得到尺寸均一、大小可控的甲基丙烯酰化海藻酸(AlgMA)微球,利用冷冻干燥制孔法得到具有开放大孔的AlgMA微球。系统研究了内/外相流速比的变化和AlgMA浓度对微球尺寸、形貌和稳定性的影响,并以人肝癌细胞HepG2作为模型细胞,系统考察了AlgMA微球对细胞活性和增殖的影响。结果表明,当Alg-MA质量分数为10%时,微球的复溶胀性能和孔洞结构最好,分别培养HepG2细胞24 h,48 h和72 h后,细胞活性均在85%以上,培养48 h和72 h后,相较于前一天细胞数量分别倍增了1.24倍和1.76倍。该研究工作为开放大孔海藻酸微球的制备提供了新方法。

自组装短肽GFS-4作为细胞三维培养及心肌梗死修复支架材料的研究

本研究探索自组装短肽GFS-4在心肌细胞三维培养中的应用效果及其对心肌梗死区域的组织修复作用。通过圆二色谱仪分析短肽GFS-4的二级结构,原子力显微镜检测短肽GFS-4自组装的微观形态。将GFS-4自组装形成的纳米纤维支架作为心肌细胞三维培养材料,观察心肌细胞的生长状况;建立大鼠心肌梗死模型,加入水凝胶GFS-4研究其对心肌梗死修复的效果。结果发现,GFS-4自组装形成的二级结构主要为β折叠;自组装24 h后形成致密的纳米纤维支架;心肌细胞三维培养结果表明心肌细胞在GFS-4水凝胶中生长状况良好;心肌梗死体外修复实验发现,短肽GFS-4水凝胶支架可缓解心肌梗死区域组织坏死。自组装短肽GFS-4作为新的纳米支架材料,可用于细胞三维培养和心肌梗死区域组织修复。

尖锐湿疣动物模型及三维细胞培养模型研究进展

尖锐湿疣是由人乳头瘤病毒感染引起的人肛门生殖器增生性病变为主要表现的性传播疾病,对患者生活质量及身心健康造成了极大的影响。在各项尖锐湿疣的研究中,构建尖锐湿疣的体内、体外模型至关重要,但目前模型分类尚不清晰,这限制了相关研究的开展。通过总结HPV相关疾病动物模型和三维细胞培养模型研究进展,为构建尖锐湿疣模型整理了相关理论依据,供感兴趣的研究者参考。

积雪草苷多功能型水凝胶支架制备及对细胞黏附和三维培养的应用价值

目的 利用积雪草苷中药单体对海藻酸钠水凝胶支架材料进行改性研究,提高其机械性能,为细胞提供更优的生存环境。方法以甲基丙烯酸酐化海藻酸钠为支架材料、N-乙烯基吡咯烷酮(N-Vinyl-2-pyrrolidone,NVP)和中药单体为造孔剂构建三维载细胞多孔复合水凝胶支架。通过表征其基本理化性质,并从机械特性、生物相容性、细胞共培养等方面评价其应用于细胞黏附和三维培养的应用价值。结果当甲基丙烯酸酐化海藻酸钠与NVP为最适比例,且积雪草苷浓度为6 mg/mL时,测得水凝胶成胶后性能最稳定、交联程度最高。与空白组相比,其溶胀率最高为45%,质量损失率最高达61.5%,对凝胶的降解有明显的影响。初步的细胞相容性研究发现,该复合水凝胶支架无细胞毒性,可实现肾小管上皮细胞的增殖,黏附于表面的细胞呈取向性生长,形成单细胞层,水凝胶支架内的细胞呈三维生长。结论 本实验所获中药单体型水凝胶支架在促进细胞黏附、增长的同时还有利于细胞迁移,可为中药天然产物分子组装成绿色凝胶技术提供新思路,对加快天然支架材料在组织工程领域的实际应用具有极其重要的意义。

三维或单层培养结肠癌HT-29细胞药物敏感性及生物学特性的变化

目的观察结肠癌HT-29细胞在三维或单层培养条件下细胞形态学、细胞周期、细胞凋亡及对化疗药物5-Fu敏感性的变化。方法分别采用liqu id overlay技术或常规贴壁法对HT-29细胞进行三维或单层培养,通过显微镜观察细胞形态学变化,流式细胞仪测定不同培养方式对细胞周期和凋亡率的影响,并采用rad ial outgrowth测定法或MTT法分别测定三维或单层培养细胞对5-Fu的敏感性。结果三维培养HT-29细胞悬浮生长,形成致密的多细胞球结构,中心出现坏死区,细胞间有较多的微绒毛、紧密连接、桥粒等结构,而单层培养HT-29细胞呈单层贴壁生长,未见紧密连接、桥粒等连接结构;与单层培养细胞相比,三维培养HT-29细胞G1期比例明显升高[(64.95±0.59)%对(36.77±0.51)%,P<0.01]、细胞自发性凋亡率降低[(0.99±0.12)%对(4.79±0.49)%,P<0.01]、对5-Fu产生明显耐药。结论三维培养HT-29细胞在细胞形态学、细胞周期、细胞凋亡等方面与单层培养细胞存在明显差异,可能是导致结肠癌多细胞耐药的重要原因。

藻酸盐三维细胞培养在骨组织工程中应用的研究进展

目的综述藻酸盐三维细胞培养系统在骨组织工程中的应用研究进展。方法广泛查阅近年来有关藻酸盐三维细胞培养系统在骨组织工程应用研究的文献进行综述。结果藻酸盐具有良好的生物相容性,无毒、对宿主无免疫原性和生物可降解等独特的物理、化学和生物特性,藻酸盐三维细胞培养系统仍然是迄今理想的骨组织工程支架材料之一。结论藻酸盐三维细胞培养系统不仅将广泛应用于生命科学基础研究,作为一种理想的组织移植的支架材料,有望逐步走向临床应用。

三维细胞培养生物材料及其在肿瘤组织工程研究中的应用

背景:利用三维细胞培养技术可以更好地模拟细胞微环境,为组织工程研究领域提供新的手段。目的:分析三维细胞培养中生物材料的选择和应用特点及其在肿瘤组织工程中的应用。方法:应用计算机检索检索万方数据库、PubM ed数据库1998至2015年的相关文献,中文检索关键词为"三维培养,支架材料,细胞生长,肿瘤组织工程",英文检索关键词为"Three Dimensional Cultures,Scaffold,cell differentiation,tumor tissue engineering"。结果与结论:三维支架材料的选择和应用是三维技术的关键之一。迄今为止,支架材料如胶原凝胶、明胶海绵、琼脂糖、壳聚糖、脱钙骨基质等尽管能为种子细胞提供三维空间环境,却无法提供类似细胞外基质的微环境,使种子细胞的生长及增殖受到影响,分泌Ⅱ型胶原和糖胺聚糖等细胞外基质的能力明显下降。在支架材料中,仿生支架材料因其创伤小、可塑性强而逐渐显示出其独特的优越性。三维培养条件上调了肿瘤细胞促血管发生生长因子的分泌量,这一特性同体内肿瘤的血管发生正相关。

三维细胞培养技术在肿瘤研究领域的应用

传统二维细胞培养具有易操作、费用低、可大量应用的优点,在细胞培养领域广泛使用。但是由于细胞呈平面生长,无法构建出一个立体的微环境,且缺乏各种细胞因子的作用,因而与体内细胞状态存在差距;而三维细胞培养可以在细胞基因表达、基质分泌及细胞功能活动等方面更好地模拟体内细胞状态。该文着重论述三维细胞培养技术在肿瘤研究中的应用,包括构建肿瘤微环境、观察肿瘤生物学行为、肿瘤血管生成、研究肿瘤耐药性等,为肿瘤研究工作者提供参考。

智能化动态应变三维细胞培养装置的研制

介绍基于微电脑的智能化动态应变三维细胞培养装置的设计原理 ,包括控制单元的硬件和软件设计 ,机械单元结构及工作原理 ,三维支架构成及三维细胞培养单元结构设计。

三维细胞培养技术在再生医学研究中的应用

体外细胞培养技术已成为细胞生物学、药学、毒理学、干细胞、系统生物学和新药创制等领域必不可少的工具。传统平板细胞培养方法使细胞单层生长于二维环境,不能产生体内的细胞外基质屏障,且细胞表型也异于原代细胞,而三维细胞培养技术通过模拟机体内细胞生长的生理微环境,利用各种支架或设备来促进细胞生长和组织分化,产生具有合理形态结构和功能性的组织,具有细胞培养直观性和条件可控性的优势,故其在再生医学应用方面有着非常大的发展潜力。本文从干细胞、血管再生、器官移植、以及组织修复等方面综述了近期三维细胞培养技术在再生医学研究中的应用,并介绍了三维细胞培养技术在功能性生物材料方面研究中的作用,有助于对功能性生物材料的表面改性设计研究。

三维培养成骨细胞系统在骨康方含药血清体外干预实验中的应用研究

目的:观察骨康方含药血清对三维培养成骨细胞系统生长繁殖、矿化能力和ER-βmRNA表达的变化,探讨成骨细胞三维培养体系在体外中药干预研究中的应用。方法:体外分离成骨细胞,进行二维培养和三维培养,分别用不同浓度阴性血清培养基和药物血清培养基进行培养,使用MTT法检测成骨细胞的生长情况,茜素红染色法观察成骨细胞矿化能力,RT-PCR法检测ER-βmRNA表达的变化。结果:与二维培养体系比较,骨康含药血清对三维体系下培养的成骨细胞的促增殖作用更加明显;细胞ER-beta的mRNA转录水平显著提高;矿化能力更强。结论:三维培养系统比二维培养系统更有利于细胞功能的保持和发挥,更适合于体外中药干预研究中的作用。

三维细胞培养技术及相关仪器的进展和应用

三维细胞培养技术应用在生物医学、临床应用和生物制药等领域有重要意义,并讨论与其相关技术装备的进展和应用。

不同浓度亚油酸对二维和三维培养模式下奶牛乳腺上皮细胞形态及乳蛋白合成相关基因表达的影响

本试验旨在研究不同浓度亚油酸(LA)对二维(2D)和三维(3D)培养模式下奶牛乳腺上皮细胞(BMECs)形态及乳蛋白合成相关基因表达的影响。试验采用单因子完全随机试验设计,将P3代的BMECs接种在铺有基质胶(Matrigel)的6孔板中,培养至第3天时,然后在培养基中添加不同浓度(0、40和80μmol/L)的LA作用48 h。在2D和3D培养模型的BMECs中添加相同浓度的LA,比较2D和3D培养模型中BMECs的细胞形态,并采用实时荧光定量法测定乳蛋白合成相关基因的表达。结果表明:1)BMECs在2D培养模型中呈现鹅卵石的形态,而在3D培养模型中呈现腺泡样结构。2)BMECs中乳蛋白合成相关基因在3D培养模型中的表达量显著高于其在2D培养模型中的表达量(P<0.05)。3)α-酪蛋白(CSN1S1)、信号转导转录激活因子5(STAT5A)、真核翻译启始因子4E结合蛋白1(EIF4EBP1)和核糖体p70s6激酶(RPS6K1)的基因表达量在2D和3D培养模型中的变化趋势一致,而κ-酪蛋白(CSN3)、哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)和丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶(AKT1)的基因表达量在2D和3D培养模型中却呈现相反的趋势。综上,对于CSN3、mTOR和AKT1的基因表达量的研究,3D培养模型为更适宜的模型。