三维细胞培养的新进展

【摘要】 传统的二维细胞培养并不是细胞生长的天然状态，因而细胞的基因表达、信号转导和形态学都可能与天然有异。最近，美国莱斯大学和德克萨斯大学M.D. Anderson癌症中心的研究人员阐明了一种更为简单的三维培养技术，文章发表在3月14日的《Nature Nanotechnology》上。

研究小组开发出一种生物装配器（bioassembler）。这个系统使用磁力让细胞悬浮，并促使细胞生长成三维的形状。悬浮过程是基于一种生物无机的水凝胶（hydrogel），这种水凝胶由三部分组成：噬菌体、磁性氧化铁和金纳米颗粒。研究小组使用的噬菌体是M13来源的，展示了RGD-4C配体肽段，以靶定金纳米颗粒和磁性氧化铁。这种基于磁性环的技术与所有标准的培养技术兼容，因此可推广到大部分实验室。

为了构建培养系统，研究人员在包含细胞的水凝胶中加入了纳米颗粒和噬菌体。由于噬菌体上表达了配体肽段，它就能靶定纳米颗粒。当噬菌体感染细胞，也就将纳米颗粒运输到细胞内。研究人员随后洗掉凝胶，在充满基质的Petri dish中接种含有纳米颗粒的细胞。一旦细胞装有纳米颗粒，它们就会对磁力有反应，研究人员在Petri dish的顶部安装磁力环。

为了评估这种技术下的细胞生长，研究人员在8天的时间内肉眼观察并定量监测了人胶质母细胞瘤细胞的形成率、大小和存活率。他们利用红色荧光蛋白来监测细胞。

24小时后，多细胞聚集物开始悬浮在液体中。在接下来的72小时到192小时，椭球体的最大直径达1mm。在检测了胶质母细胞瘤体外产生的蛋白后，研究人员发现三维培养表达了适当的蛋白，而对应的二维培养没有。他们认为，三维培养适合这些肿瘤的研究。而二维培养中蛋白的缺乏，表明它不是研究癌症的有效方法。

莱斯大学生物工程系的副教授Robert Raphael认为：“这种方法的美就在于它利用天然的细胞间相互作用来驱动三维结构的形成。此方法相当简单，任何对药物开发、干细胞或再生医学感兴趣的实验室都可以此作为三维细胞培养的起点。”

这种三维组织培养有望应用在疾病研究上。M.D. Anderson癌症中心的Wadih Arap教授表示：“对于癌症研究，磁场所产生的‘隐性支架’已经不再是单纯的细胞培养，而让它们更像真正的肿瘤。我们下一步将应用这种磁性来探索肿瘤成像和治疗上的应用。”