美國(guó)宇航局3D細(xì)胞微重力培養(yǎng)系統(tǒng)

近年來(lái),美國(guó)旋轉(zhuǎn)三維細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)已經(jīng)成為應(yīng)用微載體技術(shù)進(jìn)行細(xì)胞大規(guī)模擴(kuò)增的一一種較常用細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)。該系統(tǒng)是基于美國(guó)航空

航天局為模擬空間微重力效應(yīng)而設(shè)計(jì)的一種三維細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)。該三維細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)既可以用于微載體大規(guī)模細(xì)胞培養(yǎng),又能在其內(nèi)培

育細(xì)胞與支架形成的三維空間復(fù)合體。至今,近百種組織細(xì)胞均在該系統(tǒng)內(nèi)成功進(jìn)行了大規(guī)模擴(kuò)增。

發(fā)明于美國(guó)NASA的上一能在體外進(jìn)行的“人的三維細(xì)胞/組織培養(yǎng)系統(tǒng)已進(jìn)入中國(guó)。該系統(tǒng)應(yīng)用面廣, 從癌癥和愛(ài)滋病研究,到組織工程

和工業(yè)制藥。該系統(tǒng)具有普通培養(yǎng)裝置wu可比擬的三大特點(diǎn):

(1)高分化度該系統(tǒng)使高分化的人體組織能在實(shí)驗(yàn)室中生長(zhǎng),模仿感興趣的器官和腫瘤。

(1)高分化度:該系統(tǒng)使高分化的人體組織能在實(shí)驗(yàn)室中生長(zhǎng),模仿感興趣的器官和腫瘤。

(2)模擬微重力:以前要在體外模擬正常組織的微環(huán)境因細(xì)胞外基質(zhì)太復(fù)雜和難適應(yīng)環(huán)境而受阻,而細(xì)胞外基質(zhì)對(duì)于調(diào)節(jié)細(xì)胞骨架和細(xì)胞

核基質(zhì)蛋白重要。該系統(tǒng)使分裂原本應(yīng)在一起的細(xì)胞組織成分的重 力問(wèn)題得到解決。

(3)三維細(xì)胞培養(yǎng):普通三維細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)因要保持細(xì)胞的懸浮而產(chǎn)生剪切力。其破壞了細(xì)胞間和細(xì)胞與基質(zhì)間的穩(wěn)定,使組織和細(xì)胞集

中于自身的修復(fù)，獻(xiàn)大影響其生長(zhǎng)和其它的正常生理功能。發(fā)孝罐主要培養(yǎng)大量細(xì)菌，不適于大量培養(yǎng)人及其它哺乳動(dòng)物細(xì)胞組織,因

很難把大量的細(xì)胞移植到發(fā)孝罐中，即使能夠培養(yǎng)，所得的細(xì)胞數(shù)也有限且很難生成組織。而該系統(tǒng)行且可用于大規(guī)模生產(chǎn),其細(xì)胞的成

活率平均為97%且分化度高

傳統(tǒng)靜態(tài)細(xì)胞培養(yǎng)是在培養(yǎng)瓶或皿中進(jìn)行的。無(wú)論是細(xì)胞或組織均生長(zhǎng)在二維平面空間并接觸玻璃或塑料表面。這樣的方式會(huì)影響細(xì)胞

中基因的表達(dá)且無(wú)法持續(xù)生長(zhǎng)及分化。同時(shí)，平面培養(yǎng)的細(xì)胞還會(huì)發(fā)生“去分化"(dedifferentiation)現(xiàn)象使培養(yǎng)的細(xì)胞逐漸失去其來(lái)源組織

的許多生理特征。而大部分動(dòng)態(tài)培養(yǎng)系統(tǒng)中細(xì)胞或組織是有物理的外力而懸浮的有許多包括液態(tài)剪切力在內(nèi)的因素會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞及組織損

傷。

該三維細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)是一種dain覆 傳統(tǒng)的三度空間微重力培養(yǎng)系統(tǒng)。其利用培養(yǎng)盤(pán)或培養(yǎng)管柱進(jìn)行培養(yǎng),將培養(yǎng)液、細(xì)胞或組織一起加入

培養(yǎng)盤(pán)或培養(yǎng)管柱中，并去除所有氣泡。培養(yǎng)盤(pán)或培養(yǎng)管柱安裝于具旋轉(zhuǎn)馬達(dá)之基座上,內(nèi)部組織、細(xì)胞或細(xì)胞團(tuán)塊因旋轉(zhuǎn)切線力量及重

力雙重影響下而保持懸浮狀態(tài)。隨著細(xì)胞或組織成長(zhǎng)，旋轉(zhuǎn)速度可做調(diào)整,細(xì)胞形成團(tuán)塊之后,必須提高轉(zhuǎn)速使其不會(huì)沉降而碰觸底部。

旋轉(zhuǎn)的目的是要讓所有細(xì)胞均勻交換養(yǎng)分和氣體,并且細(xì)胞和細(xì)胞之間可有足夠的接觸，有利于細(xì)胞聚集。另外,不論是培養(yǎng)盤(pán)或培養(yǎng)管

柱背側(cè)均具備硅膠制成的換氣膜以利進(jìn)行氣體交換,使細(xì)胞/組織得到充分氧氣及排除代謝后的廢氣。

生長(zhǎng)其中的細(xì)胞或組織是以自由落體的狀態(tài)懸浮, 沒(méi)有攪拌器、氣泡等破壞性壓力, 故組織在培養(yǎng)液中得以自由降落、翻轉(zhuǎn)并與培養(yǎng)液

充分混合,其容器內(nèi)各方向的力量達(dá)到平衡,所以細(xì)胞/組織不會(huì)受到單一方向的力量影響,可朝任意方向均勻生長(zhǎng)是市面上一可使細(xì)胞

自由生長(zhǎng)分化,增加細(xì)胞增殖速率,減少細(xì)胞死亡和有效增加細(xì)胞產(chǎn)物分泌的系統(tǒng)。而且,相比其他的三維細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng),該三維細(xì)胞培

養(yǎng)系統(tǒng)可以克服長(zhǎng)期困擾三維細(xì)胞培養(yǎng)的內(nèi)生(ingrowth)不足的限制,從而可以真正用來(lái)培養(yǎng)工程組織(engineered tissue),使之用于藥

物、醫(yī)學(xué)研究及再生醫(yī)學(xué)、細(xì)胞療法。

該三維細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)將細(xì)胞研究芾入更多元化、更進(jìn)一步的領(lǐng)域,應(yīng)用范圍十分廣 泛,無(wú)論在學(xué)術(shù)研究或臨床研究上都有相當(dāng)?shù)膽?yīng)用價(jià)

值。無(wú)論是培養(yǎng)人體組織以進(jìn)行治療藥物的研究,或是培養(yǎng)替代的組織，進(jìn)行再生醫(yī)學(xué)及細(xì)胞治療,例如肝臟、皮膚、骨髓、軟骨、心

肌、肺或其他組織等，均提 供了佳的研究系統(tǒng),以達(dá)到接近體內(nèi)環(huán)境的條件科學(xué)家更可利用此系統(tǒng)進(jìn)行腫瘤細(xì)胞、病毒或其他可生產(chǎn)蛋

白質(zhì)、酵素、荷爾蒙、抗原或抗體等重要物質(zhì)的細(xì)胞的培養(yǎng)。該三維細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)還提供了ex vivo培養(yǎng)環(huán)境,研究者可利用RCCS以探

討微環(huán)境因子，對(duì)細(xì)胞分化和功能的影響。

在該三維細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)內(nèi)使用肝細(xì)胞培養(yǎng)的肝臟組織