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​干细胞工艺开发:二维培养VS三维培养

​干细胞工艺开发:二维培养VS三维培养

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干细胞是具有自我复制功能及多向分化潜能的原始且未特化细胞的统称,在特定条件下能再生成人体的各种细胞、组织或器官,在医学界有“万能细胞”之称。干细胞在基础研究和转化医学应用中具有重要意义,在再生医学、疾病模型、药物筛选、精准医学等领域的应用前景也十分广阔。

▉ 干细胞培养方法丨Stem cell culture methods
目前干细胞的培养模式有二维(传统)培养与三维培养两种。
 

二维培养(传统):是指将干细胞浸入到培养液中,在普通的玻璃或塑料材质的培养瓶表面,沿着二维平面延伸生长。

三维培养:是将干细胞与三维结构的支架材料共同培养, 构成三维的细胞&载体复合物,使其在三维立体空间生长、增殖和迁移。
​干细胞工艺开发:二维培养VS三维培养
图为:通过3D TableTrix®微载体进行三维细胞培养
▉ 干细胞二维培养与三维培养的优势丨 Advantage

// 2D culture system

二维培养(传统)

  • 发展时间长久,技术成熟。

  • 培养简单、易操作。

  • 可视化观察细胞状态,在二维干细胞培养时,在较简单的条件(可通过倒置显微镜)就能长时间直接观察。

  • 被用于定向分化干细胞成多种特定细胞,包括成软骨细胞、成骨细胞、脂肪细胞、心肌细胞,平滑肌细胞和肝细胞等。

// 3D culture system

三维培养:

  • 更好地模拟细胞在体内的生长环境,能更紧密地模仿复杂的细胞组织间相互作用以及在体内的微环境,为细胞最佳生长、分化提供了一个合适的微环境,并有在体外创造组织样结构的能力。

​干细胞工艺开发:二维培养VS三维培养
图为:3D细胞培养模式图[1]
  • 三维培养的干细胞呈现高核质比, 而且分化能力也显著增强, 趋化因子表达增加[1]

  • 适合于干细胞的定向分化。用生物诱导、生物降解和生物相容性聚合物模拟在天然微环境中发现的胞外基质、维度和空间梯度进行细胞三维培养,不仅有助于扩大和功能的改进,而且适合于干细胞的定向分化。

  • 增强MSCs干性。相关研究表明二维(传统)干细胞培养不能复制真实的体内微环境,导致干细胞在长期培养过程中干性下降;而采用三维培养可导致部分MSCs干性强于二维培养[2]

  • 易于规模化生产培养。目前三维培养模式多采用微球载体作为支架,结构的组装通过使用支架来实现,支架是一种微组织细胞支架,价格低廉,操作简单。

  • 结合配套的生物反应器,在一定程度上更容易地控制和监测生长细胞的微环境参数(温度、通气策略、pH和DO变化等),同时借助在线活细胞监测计数,减少取样繁琐和染菌风险,提高细胞产能和保证细胞质量。

▉ 结论丨Conclusion
二维的培养模式较为简单,趋于成熟。但二维(传统)干细胞培养方式虽然能有效地扩增, 可始终无法长期保持干细胞原有的细胞特性,且这种培养方式不能准确描述和模拟在体内丰富的环境和复杂过程,比如信号转导、空间结构变化等。因此,用二维细胞培养法收集的数据可能对其体内应用预测具有误导性。
  • 三维培养细胞增殖速度相对于二维培养可能更快或更慢,此增殖速度更接近体内细胞的增殖速度;

  • 三维培养能够更好的模拟体内细胞形态学和生理学:三维培养的细胞对药物及理化刺激的反应会更接近于体内生理状态下的细胞,能够独立评估微环境的不同特征来调节组织器官发生和疾病等;

  • 三维细胞培养有助于我们对复杂的生物机制进行研究,比如成骨细胞如何诱导为骨细胞,且这一研究过程是可重复的;

  • 在需要进行大批量细胞培养时,三维培养干细胞在空间、人工、试剂耗材与时间上的成本要远低于二维培养。

通过三维培养与生物材料结合的干细胞三维培养技术可实现干细胞的规模化培养,甚至能应用于体外类器官形成的研究,加快了人造器官发展的脚步。这一切都说明,三维培养技术将会越来越受到技术和资本市场的双重青睐!华龛生物专注于打造原创3D细胞“智造”平台,提供基于3D 微载体的规模化、定制化细胞扩增工艺整体解决方案

发布者:木木夕,转转请注明出处:https://www.cells88.com/cells/gxb/17047.html

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