水凝胶
图 1.水凝胶可实现更具生物相关性的三维细胞培养。
在生理环境中，细胞通常与细胞外基质进行三维（3D）互动。细胞外基质（ECM）是由肽、多糖、蛋白质、酶和信号分子组成的生物聚合物的复杂结构，它位于细胞外。细胞与其周围 ECM 之间的相互作用可提供影响细胞极化、形状、运动、分化和许多其他表型的线索。传统的细胞培养是在二维（2D）基底（通常是聚苯乙烯或玻璃）上进行的，以这种方式培养的细胞往往不能完全再现相同类型细胞在体内观察到的许多表型。要使体外培养的细胞更接近其相应的生理组织类型，一种方法是将细胞包埋在模拟生理 ECM 的三维水凝胶中进行培养。这种策略是三维培养细胞（通常称为三维细胞培养）这一大方法的一个子集。 有关合成和天然三维水凝胶的更多信息，请参阅下文。
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三维水凝胶的应用
事实证明，在三维水凝胶中生长的细胞具有多种应用价值。传统的永生化细胞系可嵌入水凝胶中培养，形成多细胞复合体，即球体。事实证明，球形细胞能提供在二维条件下培养的相同细胞所无法提供的大量信息。在三维水凝胶中培养的干细胞可以分化成多种细胞类型，与原生组织非常相似。它们可以通过编程形成三维有机体，这种分化的微型器官结构已被用作具有高度预测性、可重复性和可扩展性的复杂生理学体外模型。在水凝胶中培养细胞的其他应用主要是研究水凝胶的物理特性和细胞的机械敏感行为，包括形态特征的形成和细胞运动。
天然三维水凝胶
在体外模拟生理细胞外基质的最传统方法是从生物源中提取原生 ECM。传统上，Engelbreth-Holm-Swarm（EHS）小鼠肉瘤基底膜的 ECM 提取物一直用于三维细胞培养应用。EHS ECM 提取物在 4 °C 时呈液态，在室温下会凝胶化，便于嵌入细胞。该产品以 ECM 凝胶水凝胶的形式销售。在某些应用中，来自人体细胞的 ECM 提取物非常重要。MaxGel™ ECM 是一种体外提取的人基底膜提取物（BME）。
图 2.合成细胞外基质 (ECM)。
合成三维水凝胶
重塑合成水凝胶可能是某些应用的最佳选择。化学定义的水凝胶配方可提高可重复性，而且生长因子等培养基成分的存在和浓度是已知的。此外，水凝胶的关键物理参数可能对特定应用非常重要。这些参数包括
- 弹性模量
- 孔径
- 水凝胶溶胀
- 交联
- 解离条件
相关资源
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Human cell derived basement membrane extract (BME) hydrogel for 3D cell culture of primary cell, stem cell and xenograph cancer models.
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