胶状水凝胶作为利什曼原虫培养的新方法

利用水凝胶为利什曼原虫培养提供巨噬细胞生长基质的探讨

动物模型的使用一直是许多科学研究的重要组成部分。动物模型能够提供“体内”数据，这比实验室条件（体外）提供的生命更真实，因为它们为研究者提供了更好地了解生物过程在原位发生的复杂性。然而，在研究中使用动物模型会带来重要的伦理问题，通常会增加成本和研究时间。

二维细胞培养技术为在实验室研究人体组织培养、寄生虫和病原体提供了一种简便有效的方法。然而，这种培养的一个问题是，细胞与人工表面接触，在平板上呈平面形状，这会影响细胞生物学的重要方面。相比之下，三维细胞培养可以提供更自然的微环境，使细胞结构与体内情况相似。

水凝胶在三维培养中的应用

水凝胶是由亲水的天然或合成聚合物链组成的网络。它们可以吸收大量的水，这使得它们非常灵活，因此它们在尿布等产品中的应用。水凝胶能够在不影响细胞形态的情况下将细胞保持在三维结构中，并且可以在需要时进行合成。它们设置迅速，易于处理，相对便宜，有可能使水凝胶成为比动物模型更好的细胞培养选择。

英国基尔大学的研究人员开始研究水凝胶在利什曼原虫（一种感染人类的单细胞寄生虫）体外培养中的应用。

利什曼原虫

利什曼病是一种由利什曼原虫属原生动物引起的媒介传播热带疾病。它通过雌性沙蝇（静脉中毒）载体传播。

寄生虫能够感染巨噬细胞（一种白血球细胞），在其中复制并最终摧毁细胞。这种寄生虫通常生长在实验室环境下的二维培养系统中的巨噬细胞内。因此，细胞将适应其形态的平面板。

我的暑期项目

2017年夏天，我开始调查水凝胶的形成，以及它们在基尔大学应用昆虫学和寄生虫学中心培养THP-1巨噬细胞的用途。我发现作为水凝胶形成主要成分的胶原结构适合于这些细胞系的培养。然而，我发现巨噬细胞系在形成过程中需要预先混合在凝胶中。文献调查显示，当细胞系和PMA被放置在已经形成的凝胶上进行“侵入”分析时，用于刺激细胞分化的PMA（phorbol 12 myristate 13 acetate）影响形成凝胶的胶原结构。

我还发现，凝胶成像必须使用高分辨率成像设备，因为荧光显微镜无法给出凝胶内细胞的清晰图像。由于光在到达显微镜目镜前被胶原纤维散射，图像变得模糊和暗淡。因此，未来的工作需要共焦显微镜或多光子显微镜等技术。

研究人员希望能够通过在这个三维系统中培养巨噬细胞，然后用寄生虫感染细胞，证明水凝胶可以用于研究利什曼原虫。目前尚不清楚当使用二维或三维培养物时，抗寄生虫药物效果或细胞感染率是否会有差异。然而，目前正在进行的工作是找出在水凝胶中培养细胞和寄生虫的效果，并将结果与二维平板培养进行比较。

如果在生长速度、药物相互作用或细胞-寄生虫相互作用方面有所改善，水凝胶可能被用作传统培养系统和动物模型研究的替代品。水凝胶现在通常用于培养其他真核细胞类型，我们可以采用其他研究领域的程序。可以制造多种类型的水凝胶，包括聚苯乙烯和明胶，因为这些支架还可以在三维空间中容纳细胞。这项新技术无疑将为利什曼原虫感染巨噬细胞的培养带来一些有趣的结果，并且可能能够在不使用动物的情况下复制“体内”条件，使研究人员能够模拟寄生虫感染并研究更有效的治疗方法。