三維細(xì)胞培養(yǎng)的新進(jìn)展

【摘要】 傳統(tǒng)的二維細(xì)胞培養(yǎng)并不是細(xì)胞生長的天然狀態(tài)，因而細(xì)胞的基因表達(dá)、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和形態(tài)學(xué)都可能與天然有異。zui近，美國萊斯大學(xué)和德克薩斯大學(xué)M.D. Anderson癌癥中心的研究人員闡明了一種更為簡單的三維培養(yǎng)技術(shù)，文章發(fā)表在3月14日的《Nature Nanotechnology》上。

研究小組開發(fā)出一種生物裝配器（bioassembler）。這個系統(tǒng)使用磁力讓細(xì)胞懸浮，并促使細(xì)胞生長成三維的形狀。懸浮過程是基于一種生物無機的水凝膠（hydrogel），這種水凝膠由三部分組成：噬菌體、磁性氧化鐵和金納米顆粒。研究小組使用的噬菌體是M13來源的，展示了RGD-4C配體肽段，以靶定金納米顆粒和磁性氧化鐵。這種基于磁性環(huán)的技術(shù)與所有標(biāo)準(zhǔn)的培養(yǎng)技術(shù)兼容，因此可推廣到大部分實驗室。

為了構(gòu)建培養(yǎng)系統(tǒng)，研究人員在包含細(xì)胞的水凝膠中加入了納米顆粒和噬菌體。由于噬菌體上表達(dá)了配體肽段，它就能靶定納米顆粒。當(dāng)噬菌體感染細(xì)胞，也就將納米顆粒運輸?shù)郊?xì)胞內(nèi)。研究人員隨后洗掉凝膠，在充滿基質(zhì)的Petri dish中接種含有納米顆粒的細(xì)胞。一旦細(xì)胞裝有納米顆粒，它們就會對磁力有反應(yīng)，研究人員在Petri dish的頂部安裝磁力環(huán)。

為了評估這種技術(shù)下的細(xì)胞生長，研究人員在8天的時間內(nèi)肉眼觀察并定量監(jiān)測了人膠質(zhì)母細(xì)胞瘤細(xì)胞的形成率、大小和存活率。他們利用紅色熒光蛋白來監(jiān)測細(xì)胞。

24小時后，多細(xì)胞聚集物開始懸浮在液體中。在接下來的72小時到192小時，橢球體的zui大直徑達(dá)1mm。在檢測了膠質(zhì)母細(xì)胞瘤體外產(chǎn)生的蛋白后，研究人員發(fā)現(xiàn)三維培養(yǎng)表達(dá)了適當(dāng)?shù)牡鞍?，而對?yīng)的二維培養(yǎng)沒有。他們認(rèn)為，三維培養(yǎng)適合這些腫瘤的研究。而二維培養(yǎng)中蛋白的缺乏，表明它不是研究癌癥的有效方法。

萊斯大學(xué)生物工程系的副教授Robert Raphael認(rèn)為：“這種方法的美就在于它利用天然的細(xì)胞間相互作用來驅(qū)動三維結(jié)構(gòu)的形成。此方法相當(dāng)簡單，任何對藥物開發(fā)、干細(xì)胞或再生醫(yī)學(xué)感興趣的實驗室都可以此作為三維細(xì)胞培養(yǎng)的起點。”

這種三維組織培養(yǎng)有望應(yīng)用在疾病研究上。M.D. Anderson癌癥中心的Wadih Arap教授表示：“對于癌癥研究，磁場所產(chǎn)生的‘隱性支架’已經(jīng)不再是單純的細(xì)胞培養(yǎng)，而讓它們更像真正的腫瘤。我們下一步將應(yīng)用這種磁性來探索腫瘤成像和治療上的應(yīng)用。”