三維細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用

1、三維細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)的研究與應(yīng)用【摘要】三維細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)是在二維細(xì)胞培養(yǎng)和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷幕A(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的簡(jiǎn)單、有效的細(xì)胞培養(yǎng)方式。利用三維細(xì)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(xì)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(xì)胞生物學(xué)等研究領(lǐng)域均有應(yīng)用。該文就近年來(lái)三維細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用進(jìn)行綜述?！娟P(guān)鍵詞】單層細(xì)胞培養(yǎng)三維細(xì)胞培養(yǎng)人工脈管自WillhelmRoux于1885年從雞胚中分離細(xì)胞首次建立體

2、外細(xì)胞培養(yǎng)，單層細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)己有百余年的歷史。一個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，單層細(xì)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(guò)細(xì)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(duì)于細(xì)胞的體外培養(yǎng)，關(guān)注的不僅僅是它們的分裂生長(zhǎng)，而更為重要的是它們經(jīng)過(guò)傳代后能否維持體內(nèi)的性狀。在很多情況下，單層細(xì)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?yàn)榧?xì)胞在體外改變的環(huán)境下增生，逐漸喪失了原有的性狀。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)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(guò)程。另外，我們?cè)趧?dòng)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(guò)程。顯然，如何填補(bǔ)單層細(xì)胞培養(yǎng)和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的鴻溝，一直是生命科學(xué)家思索的問(wèn)題。尤其是在發(fā)育生物學(xué)領(lǐng)域，迫切需要建立一套細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)，既能生長(zhǎng)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(guò)程。隨著組織工程的新興發(fā)展，三維細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)就應(yīng)運(yùn)而生了.1什么

4、是三維細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)體外細(xì)胞培養(yǎng)的一個(gè)重要原則是需模擬體內(nèi)細(xì)胞生長(zhǎng)環(huán)境，該模擬系統(tǒng)中最重要的核心因素是細(xì)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(xì)胞培養(yǎng)，三維細(xì)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(xì)胞在體外共同培養(yǎng)，使細(xì)胞能夠在載體的三維立體空間結(jié)構(gòu)中遷移、生長(zhǎng)，構(gòu)成三維的細(xì)胞載體復(fù)合物。三維細(xì)胞培養(yǎng)是將細(xì)胞培植在一定的細(xì)胞外基質(zhì)中，細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)蛋白充當(dāng)生長(zhǎng)支架，使得細(xì)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(xì)胞生長(zhǎng)環(huán)境，則最大程度三維細(xì)胞培養(yǎng)己被廣泛運(yùn)用到腫瘤學(xué)研究，在腫瘤的實(shí)驗(yàn)性治療、腫瘤的侵襲性、轉(zhuǎn)移和中心壞死的機(jī)制、腫瘤的血管形成和營(yíng)養(yǎng)供給、體內(nèi)基因表達(dá)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(xì)胞不僅能夠在普通培養(yǎng)皿上形成單層，還能通過(guò)胞間信息傳遞離開(kāi)基底面，而向空間發(fā)展成三維組織。因此，腫瘤學(xué)家專門(mén)建立了一套回旋三維培養(yǎng)技術(shù)，以研究在沒(méi)有血管提供營(yíng)養(yǎng)的情況下，能最大程度產(chǎn)生多少細(xì)胞聚集體而又

6、不發(fā)生壞死現(xiàn)象。并將腫瘤細(xì)胞和來(lái)自前列腺或口腔豁膜的上皮細(xì)胞進(jìn)行共培養(yǎng)，觀察兩種不同的細(xì)胞類型是否融合或是不相關(guān)地各自生長(zhǎng)。另外，利用三維培養(yǎng)還可以有效地測(cè)試藥物對(duì)腫瘤生長(zhǎng)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(xì)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?chē)徑慕】到M織如何受到異原化腫瘤細(xì)胞增生行為的影響，常將成纖維細(xì)胞，內(nèi)皮細(xì)胞和各種上皮細(xì)胞加入到腫瘤組織中，觀察腫瘤細(xì)胞的侵入和正常細(xì)胞生長(zhǎng)行為的改變。3.

7、2軟骨和骨組織成熟的軟骨細(xì)胞和干細(xì)胞被廣泛用于三維細(xì)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(zhǎng)因子，以刺激分化，產(chǎn)生組織。Spitzer將兔造骨前體細(xì)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(wú)alphaTCP組作對(duì)照，結(jié)果顯示這種系統(tǒng)能有利于體外骨的形。近來(lái)實(shí)驗(yàn)也揭示經(jīng)過(guò)成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子處理的牛的軟骨細(xì)胞在三維支架上培養(yǎng)更有利，在細(xì)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(xì)胞，能夠?yàn)榧?xì)胞生長(zhǎng)提供最適宜的環(huán)境，維持骨髓細(xì)胞長(zhǎng)期存活。目前函待解決的核心問(wèn)題是如何理解干細(xì)胞在不同生長(zhǎng)支架上的發(fā)育能力如何獲得具備機(jī)械耐受力的細(xì)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(wèn)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(shí)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(duì)茸牛書(shū)的影響。3.