三維細胞培養(yǎng)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用

1、三維細胞培養(yǎng)技術(shù)的研究與應(yīng)用【摘要】三維細胞培養(yǎng)技術(shù)是在二維細胞培養(yǎng)和動物實驗?zāi)Ｐ偷幕A(chǔ)上發(fā)展起來的簡單、有效的細胞培養(yǎng)方式。利用三維細胞培養(yǎng)技術(shù)可以更好的模擬體內(nèi)微環(huán)境，為相關(guān)研究領(lǐng)域提供新的手段。目前，三維細胞培養(yǎng)技術(shù)在組織工程、腫瘤學(xué)、再生醫(yī)學(xué)和干細胞生物學(xué)等研究領(lǐng)域均有應(yīng)用。該文就近年來三維細胞培養(yǎng)技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用進行綜述。【關(guān)鍵詞】單層細胞培養(yǎng)三維細胞培養(yǎng)人工脈管自WillhelmRoux于1885年從雞胚中分離細胞首次建立體

2、外細胞培養(yǎng)，單層細胞培養(yǎng)技術(shù)己有百余年的歷史。一個多世紀(jì)以來，單層細胞培養(yǎng)有了蓬勃的發(fā)展，特別是在制藥或者疫苗合成等產(chǎn)業(yè)化領(lǐng)域，通過細胞的快速分裂，從而高效率地制造產(chǎn)品。但在生命科學(xué)基礎(chǔ)研究領(lǐng)域，對于細胞的體外培養(yǎng)，關(guān)注的不僅僅是它們的分裂生長，而更為重要的是它們經(jīng)過傳代后能否維持體內(nèi)的性狀。在很多情況下，單層細胞培養(yǎng)技術(shù)所取到的研究結(jié)果和體內(nèi)的情況不符合，因為細胞在體外改變的環(huán)境下增生，逐漸喪失了原有的性狀。動物實驗完全在體內(nèi)講行但由

3、干體內(nèi)的名種因素制約以及體內(nèi)和外界環(huán)境相互影響而變得復(fù)雜化，難以研究單一過程。另外，我們在動物身上所觀察到的結(jié)果，往往是最終呈現(xiàn)的表現(xiàn)，而非研究者最為關(guān)心的中間過程。顯然，如何填補單層細胞培養(yǎng)和動物實驗的鴻溝，一直是生命科學(xué)家思索的問題。尤其是在發(fā)育生物學(xué)領(lǐng)域，迫切需要建立一套細胞培養(yǎng)技術(shù)，既能生長傳代，還能最大程度地維持體內(nèi)性狀，并分化產(chǎn)生新的組織結(jié)構(gòu)，以便全面研究發(fā)育過程。隨著組織工程的新興發(fā)展，三維細胞培養(yǎng)技術(shù)就應(yīng)運而生了.1什么

4、是三維細胞培養(yǎng)技術(shù)體外細胞培養(yǎng)的一個重要原則是需模擬體內(nèi)細胞生長環(huán)境，該模擬系統(tǒng)中最重要的核心因素是細胞與培養(yǎng)環(huán)境之間的相互作用。不同于傳統(tǒng)的二維化單層細胞培養(yǎng)，三維細胞培養(yǎng)技術(shù)(TDCC)是指將具有三維結(jié)構(gòu)不同材料的載體與各種不同種類的細胞在體外共同培養(yǎng)，使細胞能夠在載體的三維立體空間結(jié)構(gòu)中遷移、生長，構(gòu)成三維的細胞載體復(fù)合物。三維細胞培養(yǎng)是將細胞培植在一定的細胞外基質(zhì)中，細胞外基質(zhì)(ECM)蛋白充當(dāng)生長支架，使得細胞能夠分化產(chǎn)生一定

5、的三維組織特異性結(jié)構(gòu)，所創(chuàng)建的細胞生長環(huán)境，則最大程度三維細胞培養(yǎng)己被廣泛運用到腫瘤學(xué)研究，在腫瘤的實驗性治療、腫瘤的侵襲性、轉(zhuǎn)移和中心壞死的機制、腫瘤的血管形成和營養(yǎng)供給、體內(nèi)基因表達的模擬等方面發(fā)揮了不可替代的作用。人們觀察到，腫瘤細胞不僅能夠在普通培養(yǎng)皿上形成單層，還能通過胞間信息傳遞離開基底面，而向空間發(fā)展成三維組織。因此，腫瘤學(xué)家專門建立了一套回旋三維培養(yǎng)技術(shù)，以研究在沒有血管提供營養(yǎng)的情況下，能最大程度產(chǎn)生多少細胞聚集體而又

6、不發(fā)生壞死現(xiàn)象。并將腫瘤細胞和來自前列腺或口腔豁膜的上皮細胞進行共培養(yǎng)，觀察兩種不同的細胞類型是否融合或是不相關(guān)地各自生長。另外，利用三維培養(yǎng)還可以有效地測試藥物對腫瘤生長和向鄰近組織轉(zhuǎn)移的抑制效果。在很多情況下，腫瘤不是由單一細胞類型而是由多種不同類型組成的異原化類群。為了研究周圍鄰近的健康組織如何受到異原化腫瘤細胞增生行為的影響，常將成纖維細胞，內(nèi)皮細胞和各種上皮細胞加入到腫瘤組織中，觀察腫瘤細胞的侵入和正常細胞生長行為的改變。3.

7、2軟骨和骨組織成熟的軟骨細胞和干細胞被廣泛用于三維細胞培養(yǎng)，以再生損傷的軟骨、骨、韌帶、肌鍵和膝關(guān)節(jié)半月板。在培養(yǎng)系統(tǒng)中常加入一些生長因子，以刺激分化，產(chǎn)生組織。Spitzer將兔造骨前體細胞在附有7.5%磷酸三鈣(alphaTCP)的血纖維蛋白內(nèi)培養(yǎng)53d，用無alphaTCP組作對照，結(jié)果顯示這種系統(tǒng)能有利于體外骨的形。近來實驗也揭示經(jīng)過成纖維細胞生長因子處理的牛的軟骨細胞在三維支架上培養(yǎng)更有利，在細胞的數(shù)量、結(jié)構(gòu)、功能等方面都明顯

8、優(yōu)于二維培養(yǎng)。在三維載體上培養(yǎng)骨髓細胞，能夠為細胞生長提供最適宜的環(huán)境，維持骨髓細胞長期存活。目前函待解決的核心問題是如何理解干細胞在不同生長支架上的發(fā)育能力如何獲得具備機械耐受力的細胞外基質(zhì)外植體如何和相鄰組織最佳整合復(fù)合組織的培育問題。關(guān)于復(fù)合組織的培育，例如為了體外構(gòu)建氣管，必須使呼吸性上皮組織，透明軟骨和平滑肌能夠和疏松結(jié)締組織共生。再比如，構(gòu)建外耳廓時僅僅獲得彈性軟骨組織是不夠的，還必須考慮皮膚和而管的徘應(yīng)對茸牛書的影響。3.