从二维到三维细胞培养的变迁

Newly compiled on November 23, 2020细胞培养技术进展概述及分析细胞培养一直是细胞生物学中基础且核心的部分。无论是进行细胞性状研 究，还是进行细胞产物的研发，都需要以细胞体外扩增技术-即细胞培养技术为 基础。随着生命科学的发展，细胞培养技术更是被广泛应用于生物学、新药 研发等多个领域，成为生命科学最重要的基础技术之一。传统的细胞培养即细胞的平面培养，细胞在培养过程中只能沿平面延伸， 属于细胞的二维培养技术。这种培养方式经济、便利、易操作，符合某个历史 阶段对细胞培养技术的要求。但随着研究的深入，传统的二维培养技术已经不 能满足细胞培养需求。盖因生物体内的细胞是在立体三维的微环境中生长的， 二维培养微环境与体内微环境差异太大，影响细胞的基因表达、信号转导等， 导致所培养的细胞逐渐丧失其在生物体内的生物学特性及功能，失去研究及应 用价值。传统的二维培养技术，已经成为细胞学为基础的众多学科进步的壁垒 之一。科学家开始寻求更贴近自然状态的细胞培养技术。一种与活体组织内的细 胞外基质相似的，能更好的模拟细胞在体内生长环境的培养技术，即细胞的三 维培养技术。目前已开发出很多细胞三维培养技术，大致可分为需要支架的三维培养技 术和不需要支架的三维细胞培养技术。支架类主要是在三维空间内构建供细胞 附着和生长的类似脚手架的多孔结构，细胞依附于支架进行三维生长和迁移， 主要的支架材料有胶原和水凝胶等；而不需要支架的三维培养技术主要是通过 物理方法使贴壁细胞悬浮于培养基中以达到三维培养的目的，目前主要的技术 有微载体、磁悬浮、悬滴板和磁性三维生物印刷等技术。三维细胞培养技术可以说正在日趋完善，但是仍然有一些难以解决的问 题。支架类三维培养技术，所使用的支架材料，或是天然材料，机械性能差， 不适应塑性的需要。同时，天然材料每批之间都有差别，难以大批量加工生 产，并且有生物源性成分污染；或是合成的材料，亲水性差，细胞吸附力较 弱。易引起无菌性炎症的发生，同时聚合物降解易引起局部pH值下降。机 械强度不足。残留有机溶剂的细胞毒作用，以及可能引起的纤维化及与周围 组织的免疫反应等问题。而无支架的三维培养技术，成本昂贵，并且操作繁琐，难以普及应用。不过，方法总是会比困难多。杭州一家生物科技公司，杭州睿凯干细胞生 物科技有限公司，自主研发了一款名为3D Gel+的细胞三维培养水凝胶产品。 该产品以模拟细胞外基质的改性天然可降解材料作为主要成分，与细胞悬液混 合之后即可成胶，将细胞包裹在接近生理微环境的三维立体环境中。作为在传 统三维水凝胶产品基础上更近一步的新型产品，3D Gel+具有非常明显的优势：1、可形成接近活体组织生理形态的三维结构；2、剪切力敏感，可在固、液两相之间自由切换；3、高生物活性，可支持多种细胞生长和分化（可根据客户需求定制）；4、生物相容性极好（优于透明质酸），可直接注射；5、高透光性，完全透明，方便实时跟踪观察；6、高通透性，易于免疫组化染色；7、适用范围广。可用于各种干细胞、肿瘤细胞、普通体细胞的培养，用来 做细胞实验、高通量药物筛选、组织工程研究；8、稳定性好，可长期储存，可常温操作；3D Gel+继承了前辈产品的优点，并成功避开了前辈们的问题。使用方便，效果卓越，它的优势决定了它可以被广泛应用于各类细胞培养领域。它的 出现也许就是大范围推广普及细胞三维培养的一个契机。毕竟，只有更贴近生 理状态的三维培养技术，才能为基础研究、药物筛选和再生医学等领域细胞功 能研究提供更为可靠的依据。而3D Gel+作为一个顺应时代的新产品，同时也 是完全中国原创的细胞培养产品，期待它在细胞培养历史中添加精彩的一笔。