微觀下的三維精彩世界：3D細(xì)胞培養(yǎng)與類器官模型構(gòu)建

瀏覽次數(shù)：642　發(fā)布日期：2024-3-27　來源：本站　僅供參考，謝絕轉(zhuǎn)載，否則責(zé)任自負(fù)

3D 矩陣中的單細(xì)胞

在許多情況下，3D 環(huán)境比 2D 細(xì)胞培養(yǎng)物更接近體內(nèi)情況�？梢栽� 3D 凝膠中培養(yǎng)單細(xì)胞并成像，以分析各種生物學(xué)問題，例如細(xì)胞形態(tài)、遷移、管形成或 ECM 降解。除了僅使用一種細(xì)胞類型的培養(yǎng)物之外，還可以通過在同一容器中共培養(yǎng)兩種不同細(xì)胞類型（例如癌細(xì)胞和成纖維細(xì)胞）來研究它們的侵襲行為。

為了從凝膠基質(zhì)中分離細(xì)胞，可以酶促降解基質(zhì)（例如，通過膠原酶降解膠原）。此后，細(xì)胞可以在新的凝膠基質(zhì)中擴(kuò)增或進(jìn)一步處理以分離 DNA、RNA 或蛋白質(zhì)。

在µ-Slide Chemotaxis中的I 型膠原蛋白、鼠尾層中表達(dá) LifeAct 的 HT-1080 細(xì)胞（綠色）

ibidi解決方案

ibidi I 型膠原蛋白是一種非胃蛋白酶化的天然膠原蛋白，用于在凝膠基質(zhì)中模擬生物 ECM。其快速凝膠化有助于 3D 凝膠中細(xì)胞的最佳分布。

在µ-Slide III 3D Perfusion中，單個(gè)細(xì)胞嵌入 3D 矩陣中。特殊的通道幾何形狀允許以低流速進(jìn)行灌流（例如，當(dāng)使用ibidi 泵系統(tǒng)時(shí)）。與靜態(tài)培養(yǎng)不同，灌流可確保最佳的氧氣和營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)。這種設(shè)置使得長(zhǎng)達(dá)數(shù)周的長(zhǎng)期培養(yǎng)成為可能。此外，薄的蓋玻片底部可實(shí)現(xiàn)高分辨率成像。

µ -Slide 15 Well 3D 和µ-Plate 96 Well 3D 可以在 3D 凝膠上或內(nèi)部對(duì)單細(xì)胞和共培養(yǎng)物進(jìn)行簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)高效的培養(yǎng)和顯微鏡檢查。凝膠層直接連接到上方的培養(yǎng)基儲(chǔ)存器，通過擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)快速、輕松的培養(yǎng)基交換。對(duì)于特殊應(yīng)用，還可以提供帶有 1.5H 玻璃底部的µ-Slide 15 孔 3D 玻璃底部。

μ -Slide I Luer 3D設(shè)計(jì)用于在具有確定流量的 3D 凝膠基質(zhì)上或其中培養(yǎng)細(xì)胞。三個(gè)孔中的每一個(gè)都可以填充凝膠，其中可以嵌入細(xì)胞。對(duì)于限定流量的應(yīng)用，頂部的通道可以連接到泵（例如，連接到ibidi 泵系統(tǒng)），以確保最佳的氧氣和營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)。

µ -Slide Chemotaxis和Sticky-Slide Chemotaxis非常適合分析 2D 和 3D 中的單細(xì)胞遷移。在水基 3D 凝膠（例如Collagen I凝膠和 Matrigel ® ）中可以輕松建立趨化梯度，因?yàn)槟z結(jié)構(gòu)不會(huì)阻礙通過擴(kuò)散形成可溶梯度。

大多數(shù) ibidi 實(shí)驗(yàn)室器具，例如µ-Dish 35 mm high或µ-Slide 8 Well high，可用于在 3D 矩陣中培養(yǎng)單細(xì)胞，是高端顯微鏡的理想選擇。

球體和類器官培養(yǎng)

球體是在 3D 非貼壁培養(yǎng)條件下相互粘附的細(xì)胞。它們?nèi)狈Ω杉?xì)胞，這意味著它們由完全分化的細(xì)胞組成。例如，可以通過使用懸滴或強(qiáng)制漂浮方法將它們放入無支架懸浮液中來生成它們。

球體不能自我更新和進(jìn)一步分化。腫瘤細(xì)胞球體是一個(gè)例外，因?yàn)槟[瘤細(xì)胞具有無限的增殖能力，它們能夠分裂和更新。因此，球體是檢查腫瘤細(xì)胞行為（例如大規(guī)模藥物篩選）的有用模型。

NIH-3T3 細(xì)胞在ibidi µ-Pattern上形成明確的球體。將細(xì)胞接種在 µ-Slide VI 0.4中的 200 µm 粘附點(diǎn)上，并在流動(dòng)（3 dyn/cm²）下保持 14 天。

類器官是培養(yǎng)的“微型器官”。它們可以由成體干細(xì)胞 (ASC) 或多能干細(xì)胞 (PSC) 產(chǎn)生。當(dāng)在3D基質(zhì)/支架（例如Matrigel ®或膠原蛋白）中培養(yǎng)時(shí)，這些細(xì)胞分化成器官特異性細(xì)胞類型，從而構(gòu)建小型功能器官。

Sato 等人利用 Lgr5 + 干細(xì)胞創(chuàng)建了第一代腸道類器官，啟動(dòng)了許多從不同器官（如腸、肝臟、大腦、前列腺、腎、胰腺、肺和甲狀腺）生成類器官的方案。重要的是，它們可以使用 CRISPR 等技術(shù)進(jìn)行編輯，使其成為個(gè)人治療、器官發(fā)生和藥物篩選研究的強(qiáng)大工具。

參考：

Sato T, et al. (2009) Single Lgr5 stem cells build crypt-villus structures in vitro without a mesenchymal niche. Nature 459(7244):262–265. 10.1038/nature07935.

Drost J, Clevers H (2018) Organoids in cancer research. Nat Rev Cancer 18:407–418. 10.1038/s41568-018-0007-6.

Tuveson D, Clevers H (2019) Cancer modeling meets human organoid technology. Science 364(6444):952–955. 10.1126/science.aaw6985.

ibidi解決方案

µ-Slide Spheroid Perfusion是用于長(zhǎng)期球體培養(yǎng)的專用流動(dòng)室。每個(gè) 3 x 7 孔形成自己的生態(tài)位，在其中培養(yǎng)標(biāo)本。通過孔頂部通道進(jìn)行灌注可確保整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中營(yíng)養(yǎng)和氧氣的最佳擴(kuò)散，而不會(huì)使樣本受到顯著的剪切力。

µ-Slides With Multi-Cell µ-Pattern可實(shí)現(xiàn)空間定義的細(xì)胞粘附，用于球體和類器官的生成、長(zhǎng)期培養(yǎng)和高分辨率成像。確定的粘附點(diǎn)能夠從細(xì)胞懸浮液中捕獲所有粘附的單細(xì)胞。周圍的生物惰性表面完全不可細(xì)胞附著。這迫使所有細(xì)胞在粘附點(diǎn)處相互聚集，從而以明確且可控的方式形成球體。

生物惰性是一種穩(wěn)定的生物惰性表面，適用于在非粘附表面上對(duì)球體、類器官和懸浮細(xì)胞進(jìn)行長(zhǎng)期培養(yǎng)和高分辨率顯微鏡觀察，沒有任何細(xì)胞或生物分子粘附。目前可提供µ-Dish 35 mm高壁生物惰性、µ-Slide 8孔高壁生物惰性、µ-Slide 4 孔生物惰性和µ-Slide VI 0.4生物惰性。

在µ-Slide III 3D Perfusion中，球體或類器官可以在凝膠層中或凝膠層上培養(yǎng)，或嵌入 3D 基質(zhì)中。特殊的通道幾何形狀允許以低流速進(jìn)行灌流（例如，當(dāng)使用ibidi 泵系統(tǒng)時(shí)）。這種設(shè)置使得長(zhǎng)達(dá)數(shù)周的長(zhǎng)期培養(yǎng)成為可能。此外，薄的蓋玻片底部可實(shí)現(xiàn)高分辨率成像

ibidi I 型膠原蛋白是一種非胃蛋白酶化的天然膠原蛋白，用于在凝膠基質(zhì)中模擬 ECM。其快速凝膠化有助于 3D 凝膠中細(xì)胞的最佳分布。

流體狀態(tài)下的3D細(xì)胞培養(yǎng)

間隙滲流

在體內(nèi)，許多細(xì)胞類型不斷暴露于液體流動(dòng)中。當(dāng)在體外3D基質(zhì)中培養(yǎng)它們時(shí)，可以通過向它們灌注生長(zhǎng)培養(yǎng)基或任何選擇的試劑或藥物來施加柔和的間隙滲流。通過這樣做，可以建立接近細(xì)胞自然環(huán)境的條件。

灌流

3D 矩陣內(nèi)的單元和上面的通道的組合可以輕松應(yīng)用流動(dòng)。該實(shí)驗(yàn)裝置通過凝膠擴(kuò)散被動(dòng)地喂養(yǎng)體外3D 基質(zhì)內(nèi)的細(xì)胞。氧氣和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)由溫和的氣流提供�？烧{(diào)節(jié)的流速定義了營(yíng)養(yǎng)水平，從而實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)期的活細(xì)胞實(shí)驗(yàn)。

ibidi Channel Slides通道載玻片，包括µ-Slide III 3D Perfusion、µ-SlideI Luer 3D和µ-Slider VI系列產(chǎn)品，允許在3D基質(zhì)中接種細(xì)胞并應(yīng)用流體（例如，使用ibidi Pump System泵系統(tǒng)/流體剪切力系統(tǒng)）。