經(jīng)典二維細胞培養方法，從1885年德國科學(xué)家從雞胚中分離細胞至今，解決了許多生命科學(xué)問(wèn)題，但是和細胞能夠以最佳生長(cháng)狀態(tài)的體內環(huán)境并不相同。近年來(lái)，為盡可能的模仿細胞在生物體內的生長(cháng)環(huán)境，得到更接近類(lèi)似于體內生長(cháng)的細胞, 越來(lái)越多研究人員開(kāi)始關(guān)注三維細胞、類(lèi)器官培養技術(shù)。

20世紀80年代左右，美國勞倫斯伯克利國家實(shí)驗室的Mina Bissell和William Ole Peterson①在乳腺癌的研究中發(fā)明了三維細胞培養技術(shù), 他們的研究發(fā)現，以三維培養正常的乳腺上皮細胞形成了腺泡狀單層管狀結構, 同時(shí)具有原癌基因激活的乳腺上皮細胞形成了碗狀腺泡結構，而這是在2D培養時(shí)所觀(guān)察不到的現象。

from Dr. Reginato

近代研究人員逐漸開(kāi)始應用三維細胞培養技術(shù)，也就是把動(dòng)物細胞與具有三維結構的支架材料共同培養, 使細胞能夠在三維立體空間生長(cháng)、增殖和遷移, 構成三維的細胞?細胞或細胞?載體復合物, 模擬細胞在生物體內的生長(cháng)環(huán)境。三維細胞培養技術(shù)也開(kāi)始應用在干細胞生物學(xué)、組織工程、腫瘤學(xué)、再生醫學(xué)等研究領(lǐng)域。

類(lèi)器官(organoid)是體外三維培養構建出的多細胞團, 具有自我更新和自我組織能力, 并且維持了其來(lái)源組織的生理結構和功能的特點(diǎn)。

 類(lèi)器官模型的典型制備方法，首先要分離出胚胎或多能干細胞，然后將它們培養在一個(gè)支持介質(zhì)(如基質(zhì)膠或水凝膠)上，使其能夠三維生長(cháng)。3D類(lèi)器官模型創(chuàng )立于二十世紀九十年代，Lindberg和Pellegrini④等將角膜緣干細胞培養在3T3滋養層細胞上，成功培養出了人源3D眼角膜結構，啟動(dòng)人源細胞三維類(lèi)器官培養的新領(lǐng)域，但是其應用仍有限！ 2009年，Hans Clevers和Toshiro Sato③用源于小鼠腸道的成體干細胞培育出第一個(gè)微型腸道 (mini-guts)類(lèi)器官，真正開(kāi)啟類(lèi)器官培養的時(shí)代。2011年，日本RIKEN發(fā)育生物學(xué)中心的研究人員，利用類(lèi)器官培養將胚胎干細胞成功構建成視杯結構(optic cup)。3D類(lèi)器官培養被<Science>雜志選為2013年十個(gè)大突破技術(shù)，該領(lǐng)域研究人員分別建構出微型大腦、肝芽以及迷你腎。

這些年，類(lèi)器官培養技術(shù)更是廣泛運用在腫瘤生物學(xué)體外培養，研究癌癥的形成；美國紐約冷泉港實(shí)驗室腫瘤學(xué)家David Tuveson團隊，在2015年和Hans Clevers④合作共同創(chuàng )建結腸癌腫瘤細胞類(lèi)器官；其團隊更進(jìn)一步在胰腺癌患者的活體手術(shù)取得組織，建構胰腺類(lèi)器官，作為抗癌藥物最佳篩選平臺。

J Mol Med (Berl). 2017

2017年發(fā)表在<Nature Medicine>雜志上的一篇研究論文，來(lái)自英國劍橋大學(xué)Gurdon癌癥研究中心的生物學(xué)家 Meritxell Huch 的研究小組取得肝癌研究的重大突破。Dr. Huch和她研究團隊取下8名癌癥患者身上的腫瘤細胞，研究團隊借此創(chuàng )造出一種稱(chēng)為「類(lèi)腫瘤」約0.5毫米的迷你腫瘤(tumouroid)。劍橋癌癥研究中心的團隊也利用這種腫瘤模型測試 29 種不同的癌癥用藥，通過(guò)純化腫瘤細胞，排除正常細胞，癌癥的分析將更加容易準確。

Nature Medicine 2017

在傳統的細胞培養中，大部分組織結構都會(huì )遺失改變，3D細胞培養或是類(lèi)器官的培養體系，不只是在再生醫學(xué)干細胞應用，目前創(chuàng )建研究平臺從腎、肝、肺、腸、腦、前列腺、胰腺和視網(wǎng)膜等，在臨床醫學(xué)研究上都有相當大的應用，部分已運用于測試數種癌癥用藥。3D細胞培養或是類(lèi)器官培養，在各個(gè)文獻中有多種不同的材料方法，小編在此分享Biozellen®3D類(lèi)器官培養基質(zhì)膠的成功案例給大家。

A.形成3D腫瘤球體成功案例分享

B.Biozellen基質(zhì)膠被溶解后分離的完整3D細胞結構照片

參考文獻