细胞3D培养技术及其在水产养殖上的应用

细胞培养技术自19世纪研究成功以来,已在遗传学、免疫学、实验医学和肿瘤学等各个学科作出了重要贡献,成为相关领域重要的核心和基础技术之一。细胞的三维(3D)培养是在传统的细胞培养技术上发展起来的一种新的培养方法,可以更好地模拟细胞在生物体内的生长环境和状况,受到越来越多研究者的重视。水产动物的细胞培养是从20世纪60年代以后发展起来的,最初用于病毒的分离和纯化,对水产动物的疾病防治具有重要意义。本文在对3D细胞培养技术的特点、发展历程总结的基础上,对3D细胞培养技术在水产养殖上的应用进行简介和展望。

天然水凝胶支架的分类及其在3D细胞培养的应用研究进展

天然水凝胶支架由亲水性聚合物链交联形成,有相互连接的多孔结构、良好的生物相容性,通过模拟细胞外基质为细胞的增殖、分化、迁移和相互作用提供了空间微环境,是一种很有前景的3D细胞培养支架材料。本文从制备方法、交联方式、支架材料对天然水凝胶支架进行分类,详细介绍了近年来基于天然水凝胶支架的3D细胞培养在细胞工程、组织工程、病毒培养等生物医学领域的应用。随着生物医学不断发展,需深入研究3D培养细胞与天然水凝胶支架微环境之间相互作用,不断探索新的天然聚合物材料与凝胶制备方式,以便开发高性能、可调控、适用性强的多功能新型天然水凝胶。

2D和3D培养肺细胞释放VOCs的质谱检测比较研究

挥发性有机物(volatile organic compounds,VOCs)作为一种潜在的癌细胞标志物被广泛研究。目前,体外细胞多采用二维(two-dimensional,2D)贴壁培养方式,这与体内肿瘤细胞呈三维结构存在差别。本实验分别以肺癌细胞A549和肺上皮细胞BEAS-2B为例,构建三维(three-dimensional,3D)培养模型,并以2D模型和培养基作为对照,利用固相微萃取气相色谱-质谱(solid phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry,SPME-GC-MS)法检测细胞释放的VOCs。通过非靶向统计分析细胞在2D和3D培养中释放的差异性VOCs,其中A549细胞有4种(乙酸、1-吡咯啉、4-甲基庚烷、2,4-二甲基-1-庚烯),BEAS-2B细胞也有4种(乙醇、1-吡咯啉、4-甲基庚烷、2,4-二甲基-1-庚烯)。与2D模型相比,这些VOCs在3D模型中的释放量增加了2.11~12.81倍。此外,还讨论了差异性VOCs可能的生化来源以及在2D/3D模型中释放量差异的可能原因。本工作证明了3D培养在体外细胞VOCs检测方面具有广阔的应用前景,有望成为癌症标志物筛查有价值的研究平台。

3D细胞培养在细胞生理学研究中的应用进展

3D细胞培养技术是生命科学中发展最快的实验技术之一。随着细胞成像和数据分析的发展以及新的细胞支架的使用,3D模式逐渐成为主流的细胞培养方式。这种培养已被证明更接近体内细胞的原始状态,能为很多研究提供有价值的细胞材料。通过介绍现阶段3D细胞培养方法、优势、现有的支架材料以及在模拟生理学相关进程中的应用,为未来的细胞生理学研究提供参考。

甲基丙烯酰化明胶3D培养的CAR-T细胞靶向杀伤脑胶质瘤细胞的研究

目的研究在甲基丙烯酰化明胶中培养的CAR-T细胞功能及活性的变化,以及用GelMA为载体,负载缓释CAR-T细胞的可行性。方法基因编辑靶向表皮生长因子受体(EGFR)的第二代CAR-T细胞,制备负载CAR-T的甲基丙烯酸酯明胶,通过水凝胶成胶过程图像、储存及损耗模量验证水凝胶成功制备;使用荧光显微镜荧光成像、流式细胞分析验证CAR-T的成功转染;应用CCK-8实验检测水凝胶的生物相容性;构建共培养模型,利用Elisa试剂盒、细胞毒性LDH试剂盒检测上清液中释放的细胞因子、LDH,检测CAR-T是否成功活化,评估CAR-T细胞杀伤效应。结果荧光显微镜下观察转染第4天的CAR-T细胞,见CAR-T细胞聚集成团并散发绿色荧光;第9天流式细胞术示CD3+T细胞的慢病毒转染率为42.2%,CD8+T细胞:CD4+T细胞约为1∶1,CAR-T细胞成功制备。CCK8实验示水凝胶无毒性。Elisa试剂盒示上清液中细胞活性因子IFN-γ释放量显著增多,提示CAR-T细胞识别EGFR抗体后,可成功活化。当效靶比为1∶1时,U87细胞毒性为71.75%,而U87 EGFRvⅢ细胞毒性为18.13%。结论甲基丙烯酸酯化明胶负载培养的CAR-T细胞活性良好,功能正常,可设计使用该水凝胶负载递送CAR-T细胞,实现CAR-T细胞的精确靶向治疗。

基于3D细胞培养系统的肺癌类干细胞的分离和鉴定

目的:本研究建立三维细胞培养方法(3D)以分离和鉴定肺癌类干细胞,并与二维细胞培养方法(2D)比较,初步探讨该方法在评价肺癌体外增殖、凋亡、侵袭和药物反应性方面的应用。方法:将人肺腺癌细胞系A549以1×104个/孔的细胞与RPMI1640和伊格尔基础培养基(basal medium of eagle,BME)制成细胞悬液,培养7 d,收集细胞采用流式细胞仪进行类干细胞表型检测,以及体外成球、耐药性、体内成瘤等干细胞功能鉴定,并将3D与2D细胞培养的A549细胞进行比较。结果:细胞表型检测证明3D系统培养的A549细胞中CD44和CD326阳性比例升高,CD24阳性比例下降,细胞体外成球率显著升高(28.50%±1.17%vs.8.67%±0.80%,P<0.01)对顺铂耐药性显著提高。加药后48 h为58.17%±2.19%vs.33.27%±5.76%(P<0.01),加药后72 h为41.70%±5.81%vs.27.30%±4.25%(P<0.01),体内成瘤时间显著缩短[(20.75±0.85)d vs.(60.25±1.49)d,P<0.01]。结论:3D培养的肺癌细胞中获得更高比例的类干细胞样细胞,具有体内成瘤快、体外成克隆团率高、耐药性提高的特征。

3D干细胞培养在牙髓再生研究中的应用

3D细胞培养是一种模拟人体内细胞生长环境的体外培养方式,使细胞保持原有的立体形态,有利于细胞内基因的表达和信号转导。3D干细胞培养作为其中一个重要的研究方向,主要应用于器官体外培养和组织再生领域。在牙髓再生研究中,干细胞经2D培养后,存在细胞接触抑制、基因表达受限以及部分生物学功能缺失的局限性,而3D培养可增强干细胞自我更新和特异性分化的能力,再生神经血管化的牙髓-牙本质复合体,再生效果明显优于2D培养。本文将介绍3D细胞培养的研究现状,总结分析3D干细胞培养在牙髓再生研究中的优势、应用及展望,为牙髓再生中干细胞培养条件和再生效果的优化提供理论依据。

Ⅰ型胶原/海藻酸钠/透明质酸复合水凝胶用于血管组织工程细胞负载与3D培养

胶原、海藻酸钠和透明质酸是天然来源的高分子材料,具有良好的细胞相容性与生物安全性,在细胞培养、组织工程、药物负载等方面具有广泛应用。单纯的胶原力学性能较差,将胶原与海藻酸钠制备成复合水凝胶材料后,可以通过调节海藻酸钠与Ca^(2+)交联程度来改变水凝胶支架的力学性能和孔隙率,模拟细胞培养的力学环境和细胞微环境。本研究通过PIUMA纳米压痕仪和DHR流变仪表征Ⅰ型胶原/海藻酸钠/透明质酸水凝胶的杨氏模量和溶胶-凝胶转变温度。并将内皮细胞与间充质干细胞在水凝胶微环境内进行3D培养,倒置荧光显微镜观察细胞培养0,3,5,7 d时细胞的活力情况,表征Ⅰ型胶原/海藻酸钠/透明质酸水凝胶的细胞相容性,并在内皮细胞与间充质干细胞培养0,1,4,6 d时,观察内皮细胞的迁移、成血管情况,在培养1,6,9 d时,观察内皮细胞的生长扩散情况。结果表明:水凝胶杨氏模量为(600±81)Pa,水凝胶的溶胶-凝胶转变温度为23.2℃。细胞培养0,3,5,7 d时,活力持续增强,培养4,6 d时,观测到共培养下内皮细胞的迁移,培养1,6,9 d时,水凝胶内的内皮细胞球体持续生长扩散。本工作表明,Ⅰ型胶原/海藻酸钠/透明质酸水凝胶对内皮细胞与间充质干细胞具有良好的细胞相容性,可用于细胞3D培养的理想支架材料。水凝胶的杨氏模量和溶胶-凝胶转变温度对细胞活力无损害,可作为研究血管新生的相关体外模型,在血管组织工程研究中具有重要的应用前景。

3D肿瘤细胞模型培养及其在抗肿瘤药物研究中的应用进展

根据2017年《中国肿瘤的现状和趋势》报告显示,恶性肿瘤仍然是中国居民死亡的主要原因之一。尽管近年来抗肿瘤药物研究一直是药学各领域研发的重点,但近期的统计数据显示,抗肿瘤药物的临床开发成功率远低于其他类药物。究其原因,肿瘤是一个远比我们想象的还要复杂的疾病,它的发生、生长及转移.

3D细胞培养和类器官在骨髓源性间充质干细胞成骨分化中的研究进展

类器官(organoids)来源于自体的组织及干细胞,是通过体外3D培养后形成的细胞团块,这种团块具有原始组织及器官的三维结构,并保留了相对应的功能和遗传特征。由于其具有模拟特定机体器官的发育和疾病发生发展的潜能,这一模型在多种药物的筛选和分子机制研究中拥有更多的优势。近年来,已有实验表明骨髓源性间充质干细胞(BMSCs)通过3D培养及成骨分化可以形成骨的类器官,并可以植入机体发挥特定的作用。这种骨类器官模型的构建,不仅可以为骨质疏松等相关疾病研究提供更多方法,还在骨组织移植及修复等组织工程学中发挥重要作用。本文就BMSCs成骨分化的类器官相关3D模型研究进展作一综述,为BMSCs成骨分化的类器官的基础和临床研究提供更多理论依据和思路。

3D细胞培养在药物研发中的研究进展

3D培养模型的引入是细胞培养技术的一个里程碑,随着新型支架、基质的发明与应用及细胞成像和分析系统的日新月异,三维细胞培养可模拟体内微环境而获得传统2D细胞培养所没有的优势,已在基础研究、干细胞及组织工程等领域崭露头角。本文通过回顾3D细胞培养在药敏实验、药物筛选、药物研发、临床应用中的贡献,从药物效应、药物代谢及药物敏感性着手,枚举3D细胞培养通过改变基因/蛋白质差异表达来进行药物研发,并对其应用趋势、潜在优势和不足作一综述,为基础研究和临床应用提供理论依据。

应用Gelatin和3D培养验证细胞粘附对传染性支气管炎病毒在体外培养细胞中增殖的影响

除传染性支气管炎病毒(IBV) Beaudette株外,其它IBV均难以在体外细胞系中传代培养。为研究限制IBV体外传代培养的影响因素,本研究应用流式细胞术检测IBV经典株M41囊膜与宿主细胞膜融合程度,结果显示M41可以在体外培养条件下侵入鸡细胞系LMH和DF-1,但荧光定量PCR检测显示侵入的M41无法增殖。进一步通过对比分析M41易感组织气管、非易感组织脾脏及LMH细胞全基因组转录谱数据,结果显示宿主细胞粘附、细胞周期、p53及SRC可能是M41在体外培养细胞中增殖的宿主决定因素。本研究通过在2D培养体系中预先孵育Gelatin和3D培养两种方式来调节细胞粘附的物理环境,结果显示两种方法均可以促进M41在体外培养细胞中的增殖;利用多种经典的细胞周期抑制剂及p53和SRC活性调控分子预先处理LMH和DF1,显示细胞周期、p53活性及SRC活性对IBV体外增殖无显著影响。表明细胞粘附特性是影响IBV体外增殖的重要因素。本研究为IBV体外细胞培养体系的建立奠定了实验基础。

3D细胞培养在阿尔茨海默病研究中的应用

2D细胞培养的细胞在体外环境下随着增生会逐渐丧失原来的性状;动物模型实验繁琐,价格昂贵;而3D细胞培养模型可在一定程度上弥补动物模型和2D细胞模型的缺陷,越来越受到大家重视。2014年数据报道阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease,AD)65岁以上人群发病率在5.14%,我国AD患者2016年已达800万,但该病的发病机制尚未明确,对AD的研究一直是热点及难点。本文将简单介绍2D细胞培养和3D细胞培养,并对3D细胞培养近些年在AD研究方面的应用作一综述。

3D细胞培养的研究进展和应用前景

细胞因其提供大量的信息而成为科研中重要的研究材料之一,2D细胞培养中生长的细胞为探索细胞机制提供了大量的基础知识,但仍存在一定缺陷,如细胞形态与体内环境不同,胚胎结构的塌陷及不利于观察,组织结构的复杂等。体外2D细胞培养无法建立有效的体内微环境和细胞间的相互作用,从而潜在地诱导细胞形态和基因表达的变化,一定程度上扭曲细胞的行为和生物学功能。为了获得具有正常形态,行为和体内功能的细胞,3D细胞培养技术因此而生。3D细胞培养是将具有3D结构不同材料的载体与不同种类的细胞在体外共培养,使细胞能够在具有3D立体空间结构的载体中迁移、生长等生物活性,构成3D的细胞-载体复合物。目前3D细胞培养可应用于多种领域,包括肿瘤微环境、类器官、微载体等。因此,本文通过介绍各种3D细胞培养模型以及3D细胞培养的载体,对3D培养技术目前进展进行总结,为后续3D培养技术的发展提供依据。

用于构建神经变性疾病模型的3D细胞培养研究进展

神经变性疾病是全球面临的重大疾病之一,传统的动物模型、2D细胞模型、脑片培养模型对理解疾病机制过程是有益的,但为了切实模拟患者大脑复杂神经网络,体现血脑屏障功能变化和炎症反应,基于3D细胞培养技术构建体外模型具有更大的潜能。本综述将介绍常见神经变性疾病现有模型、3D细胞培养体系、体外模拟这些疾病的障碍和当前在该领域的研究进展。

3D肿瘤支架的研究进展及其在药物筛选中的应用

3D肿瘤支架作为新兴的肿瘤细胞培养平台,能够重现肿瘤组织的3D结构,提供仿生微环境和降低肿瘤细胞的药物敏感性,在肿瘤生理学研究和肿瘤耐药机制研究中具有独特优势。综述了3D肿瘤支架的类型及其优缺点,从模拟肿瘤-间质细胞相互作用和肿瘤内部梯度缺氧环境两方面介绍了3D肿瘤支架模拟肿瘤微环境的研究进展,并对3D肿瘤支架在药物筛选中的应用进行分析。揭示了肿瘤支架在研究肿瘤耐药性机制、开发新型抗肿瘤药物,以及作为个性化肿瘤治疗临床前平台中的重要作用。最后对肿瘤支架的构建和应用提出设想和展望,旨在为构建高仿真肿瘤模型,研究肿瘤的异质性和肿瘤治疗方法提供参考。

基于3D体外培养模型的化学物质肝毒性预测研究进展

精准预测化学物质肝毒性对保护人类生命健康安全具有重要意义。为了避免动物实验固有的物种间差异性和局限性,开发和利用与人源肝脏生理功能直接相关的体外模型至关重要。三维(3D)体外细胞培养模型相比于二维(2D)模型能更好地保留肝细胞代谢功能,再现肝脏内多种细胞相互作用的复杂环境,是体外模拟肝脏生理功能的一大进步,并初步在药物毒性评估方面获得应用的同时,也被引入到环境毒理学领域用于预测环境化学物质的肝毒性。本文介绍了目前常用3D体外细胞培养模型的制备方法,综述了其在环境化学物质(纳米材料、持久性有机污染物和新型有机污染物等)肝毒性预测方面的应用现状,最后探讨了3D肝细胞体外培养模型在有害结局路径指导下开展肝毒性预测的研究与应用前景。

3D细胞环在医学研究中的应用

3D细胞培养比传统二维培养能更好模拟人体内环境,增加细胞间通讯,还原疾病状态,使生物医学的研究更接近人体真实情况。3D细胞环是一种无支架3D细胞培养结构,具有规则的外形、可夹取便于移植等特点,在生物医学诸多领域都有广泛应用。本文作者结合自身目前已有的工作基础,就3D细胞环在干细胞分化、组织移植和再生、糖尿病治疗、肿瘤研究、药物检测、以及研究热放疗生物学效应、肿瘤动物建模、疾病模型构建等领域的潜在应用做一综述,旨在推动国内3D细胞培养技术的发展,以及促进医学研究由二维向3D模式的跨越。

三维细胞培养中支架的研究现状

细胞培养技术是生物技术中最核心、最基础的技术,目前常用的二维细胞培养方法,例如,多孔板、烧瓶和培养皿等存在诸多不足和限制,三维细胞培养能够改善细胞局部微环境、促进细胞与细胞、细胞与基质之间的交流,模拟体内生理环境,从而增强细胞功能,在新药研发、肿瘤研究等领域具有广泛应用前景。支架是实现三维细胞培养最常用的手段之一,相当于人工细胞外基质,能够模拟体内组织复杂的三维结构及其主要特征。本文从基于支架的培养体系和无支架的培养体系两方面讨论了三维细胞培养方法,尤其详细介绍了各种支架。

基于三维细胞培养的组织工程肿瘤研究进展

肿瘤的发生与进展始终伴随着与微环境之间的相互作用,微环境中诸多的生物、物理和化学因素调控了肿瘤最终的命运与转归。肿瘤在适应和利用微环境的同时也会对微环境进行结构与功能的重塑。传统的二维(2D)细胞培养体外模型及动物整体模型无法很好地模拟肿瘤与微环境之间复杂的生物事件。基于三维(3D)细胞培养的组织工程肿瘤实验体系能够在一定范围内,模拟肿瘤细胞在体生长状态,有望作为2D培养模型和动物整体模型之间的桥梁,成为肿瘤研究模型体系中的重要组成部分。本文综述了基于3D细胞培养技术的组织工程肿瘤的基础及应用研究进展。