?干細胞工藝開發:二維培養VS三維培養

間充質干細胞、免疫細胞、外泌體源頭實驗室

?干細胞工藝開發:二維培養VS三維培養

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干細胞是具有自我復制功能及多向分化潛能的原始且未特化細胞的統稱,在特定條件下能再生成人體的各種細胞、組織或器官,在醫學界有“萬能細胞”之稱。干細胞在基礎研究和轉化醫學應用中具有重要意義,在再生醫學、疾病模型、藥物篩選、精準醫學等領域的應用前景也十分廣闊。

▉?干細胞培養方法丨Stem cell culture methods
目前干細胞的培養模式有二維(傳統)培養與三維培養兩種。
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二維培養(傳統):是指將干細胞浸入到培養液中,在普通的玻璃或塑料材質的培養瓶表面,沿著二維平面延伸生長。

三維培養:是將干細胞與三維結構的支架材料共同培養, 構成三維的細胞&載體復合物,使其在三維立體空間生長、增殖和遷移。
?干細胞工藝開發:二維培養VS三維培養
圖為:通過3D TableTrix?微載體進行三維細胞培養
▉?干細胞二維培養與三維培養的優勢丨 Advantage

// 2D culture system

二維培養(傳統)

  • 發展時間長久,技術成熟。

  • 培養簡單、易操作。

  • 可視化觀察細胞狀態,在二維干細胞培養時,在較簡單的條件(可通過倒置顯微鏡)就能長時間直接觀察。

  • 被用于定向分化干細胞成多種特定細胞,包括成軟骨細胞、成骨細胞、脂肪細胞、心肌細胞,平滑肌細胞和肝細胞等。

// 3D culture system

三維培養:

  • 更好地模擬細胞在體內的生長環境,能更緊密地模仿復雜的細胞組織間相互作用以及在體內的微環境,為細胞最佳生長、分化提供了一個合適的微環境,并有在體外創造組織樣結構的能力。

?干細胞工藝開發:二維培養VS三維培養
圖為:3D細胞培養模式圖[1]
  • 三維培養的干細胞呈現高核質比, 而且分化能力也顯著增強, 趨化因子表達增加[1]

  • 適合于干細胞的定向分化。用生物誘導、生物降解和生物相容性聚合物模擬在天然微環境中發現的胞外基質、維度和空間梯度進行細胞三維培養,不僅有助于擴大和功能的改進,而且適合于干細胞的定向分化。

  • 增強MSCs干性。相關研究表明二維(傳統)干細胞培養不能復制真實的體內微環境,導致干細胞在長期培養過程中干性下降;而采用三維培養可導致部分MSCs干性強于二維培養[2]

  • 易于規模化生產培養。目前三維培養模式多采用微球載體作為支架,結構的組裝通過使用支架來實現,支架是一種微組織細胞支架,價格低廉,操作簡單。

  • 結合配套的生物反應器,在一定程度上更容易地控制和監測生長細胞的微環境參數(溫度、通氣策略、pH和DO變化等),同時借助在線活細胞監測計數,減少取樣繁瑣和染菌風險,提高細胞產能和保證細胞質量。

▉ 結論丨Conclusion
二維的培養模式較為簡單,趨于成熟。但二維(傳統)干細胞培養方式雖然能有效地擴增, 可始終無法長期保持干細胞原有的細胞特性,且這種培養方式不能準確描述和模擬在體內豐富的環境和復雜過程,比如信號轉導、空間結構變化等。因此,用二維細胞培養法收集的數據可能對其體內應用預測具有誤導性。
  • 三維培養細胞增殖速度相對于二維培養可能更快或更慢,此增殖速度更接近體內細胞的增殖速度;

  • 三維培養能夠更好的模擬體內細胞形態學和生理學:三維培養的細胞對藥物及理化刺激的反應會更接近于體內生理狀態下的細胞,能夠獨立評估微環境的不同特征來調節組織器官發生和疾病等;

  • 三維細胞培養有助于我們對復雜的生物機制進行研究,比如成骨細胞如何誘導為骨細胞,且這一研究過程是可重復的;

  • 在需要進行大批量細胞培養時,三維培養干細胞在空間、人工、試劑耗材與時間上的成本要遠低于二維培養。

通過三維培養與生物材料結合的干細胞三維培養技術可實現干細胞的規模化培養,甚至能應用于體外類器官形成的研究,加快了人造器官發展的腳步。這一切都說明,三維培養技術將會越來越受到技術和資本市場的雙重青睞!華龕生物專注于打造原創3D細胞“智造”平臺,提供基于3D 微載體的規模化、定制化細胞擴增工藝整體解決方案

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