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3D微凝膠開辟細胞研究新領域

                                                                           2014-03-23

 

  星星、鑽石、圓圈,這可不是人們折疊出來的幸運符,而是新型數字微流體平台的傑作——3D細胞培養物。加拿大多倫多大學研究人員在最近一期《自然·通信》雜志上發表的此項研究成果,將使在更具成本效益的3D凝膠中開展細胞研究成為可能,也為未來個性化醫療應用带來希望。

  論文第一作者、多倫多大學生物材料和生物醫學工程研究所博士畢業生歐文·艾德奈特稱,微環境可極大影響細胞命運。該項研究的重要性在於,開發出的新工具將允許研究人員探究細胞對3D環境的敏感性。加拿大生物化學分析首席研究員、多倫多大學教授亞倫·惠勒則表示,與標准的2D細胞培養格式相比,以3D細胞培養方式生長的細胞,與生命系統具有更多的相似之處。

  艾德奈特解釋說,更為自然的3D細胞培養物的生長是一大挑戰,因為目前所用的試劑較為昂貴,材料不便於自動化,在重複處理後3D矩陣還會分解。艾德奈特最終通過對惠勒實驗室首創的一種數字微流體平台進行改進,解決了上述難題。

  沉陷於水凝膠材料中的細胞,可緩慢地流經屏幕上的一塊類似微型棋盤的小區域。細胞可用穿過系統頂板上方開口的小電場進行策略性操縱。研究人員在這些微凝膠中培養腎細胞,在四五天時間內,細胞培養物就形成了類似原始腎髒的空心球體結構。

  該工具為按照不同細胞數目組合成型提供了極大的靈活性,這些細胞可被組合成各種異想天開的微環境形狀和大小,比如星星、鑽石和圓圈等,也可用於設計模擬活體3D生態位,從而使研究人員得以了解這些因素如何影響細胞命運。

  據艾德奈特介紹,更為重要的是,該研究成果可讓研究人員在一張信用卡大小的平台上同時自動運行32個實驗。這一新型系統可允許子微升(sub-microlitre)量級的3D凝膠無手裝配,每個凝膠均可獨立尋址,流體交換則比更大尺寸的替代物更加柔和,試劑用量則可減少100倍。這一新工具將使3D細胞培養成為分子生物學研究中更具吸引力和更易接近的方式。

  可以預見該平台的多種應用可能,但研究人員最為興奮的是其在個性化醫療上的潛力。惠勒認為,收集患者的小組織樣本,將其分布到數字微流體設備的3D凝膠中,並通過篩選條件將可確定個性化療法。

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