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水凝胶

生理环境下的细胞通常会以三维(3D)形式与细胞外因子相互作用。细胞外基质(ECM)是一种复杂的生物聚合物成分,由位于细胞外的肽、多糖、蛋白质、酶和信号分子组成。细胞及其周围ECM之间的相互作用有助于揭示影响细胞极化、形状、运动性、分化和多种其他表型的线索。传统的细胞培养在二维(2D)基质(通常在聚苯乙烯或玻璃)上完成的,以这种方式生长的细胞通常无法重现相同细胞类型在体内观测到的多种表型。可让体外培养细胞更接近于其相应生理组织类型的方法之一是,将细胞包埋在模仿生理ECM的3D水凝胶中培养。这种策略属于三维培养细胞方法的一大类,通常称为3D细胞培养。

2D和3D培养细胞行为比较

图 1.可实现更具生物学相关性3D细胞培养的水凝胶。

3D水凝胶应用

3D水凝胶中生长的细胞经证在多种应用中具有重要作用。传统永生化细胞系可包埋在水凝胶中培养,形成多细胞复合物,即所谓的球状体。现已证明,球状体可提供2D条件培养的同一类细胞无法提供的大量信息。3D水凝胶中生长的干细胞可分化成与天然组织非常相似的多种细胞类型。这种情况下的细胞可编程,从而形成分化的微型器官结构3D类器官,并已用作高度可预知、可重现和可扩展的复杂生理学体外模型。其他水凝胶细胞培养应用,主要用于研究水凝胶的物理特性对细胞机械敏感型行为的影响,包括形态特征的形成和细胞的迁移性。

天然来源3D水凝胶

最传统的生理性细胞外基质体外模拟方法是使用生物学来源的天然ECM提取物。以往通常采用Engelbreth-Holm-Swarm(EHS)鼠肉瘤基底膜来源的ECM提取物进行3D细胞培养应用。EHS ECM提取物在4 °C时呈液态,但在室温下会发生胶凝,从而更易包埋细胞。该产品以ECM Gel水凝胶形式销售。在部分应用中,人类细胞ECM提取物非常重要。MaxGel™ ECM是一种体外来源人类基底膜提取物(BME)。

合成型3D水凝胶

重构合成型水凝胶可能是某些应用的最佳选择。化学成分明确的水凝胶制剂可提高重现性,且可确知生长因子等培养基成分的有无及其浓度。此外,水凝胶的核心物理参数可能对于某些特定应用格外重要。其中包括:

  • 弹性模量
  • 孔径
  • 溶胀
  • 交联
  • 解离条件

我们提供了多种合成型水凝胶开发所需的试剂、试剂盒和实验方案,包括HyStem®水凝胶支架、TrueGel3D™水凝胶试剂盒和Cell-In-a-Box®技术。

用于3D细胞培养的重构水凝胶(HYS020)

图 2.合成型细胞外基质(ECM)


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