三維(wei) ECM 細胞(bao)培(pei)養(yang)的(de)核(he)心技術突破(po)

在(zai)細(xi)胞(bao)培(pei)養(yang)的(de)微(wei)觀世(shi)界裏，壹(yi)場(chang)技術變(bian)革正(zheng)悄(qiao)然(ran)進行。長久以(yi)來(lai)，傳(chuan)統二維(wei)培(pei)養(yang)方(fang)式因無(wu)法精準模(mo)擬(ni)細(xi)胞(bao)在體內的(de)真(zhen)實微(wei)環境，導(dao)致細(xi)胞(bao)表型(xing)失真，實驗(yan)結(jie)果與臨床(chuang)實際情況(kuang)出入(ru)較(jiao)大，臨(lin)床(chuang)轉(zhuan)化(hua)率不高。如今(jin)，三維(wei) ECM 培(pei)養(yang)技(ji)術嶄露(lu)頭角，通過重建(jian)細胞(bao)外基(ji)質(zhi)的(de)生化與物理特性，為細(xi)胞(bao)構(gou)建(jian)出更(geng)貼近體內環境的生(sheng)存(cun)微(wei)環境，讓(rang)細胞(bao)展(zhan)現(xian)出接(jie)近體內的(de)基(ji)因(yin)表(biao)達、代謝(xie)響(xiang)應(ying)和藥(yao)物(wu)敏(min)感性，逐漸(jian)成(cheng)為腫(zhong)瘤研(yan)究(jiu)、幹細胞(bao)治(zhi)療(liao)和藥(yao)物(wu)篩選(xuan)等領(ling)域(yu)的新方(fang)向。那(na)麽(me)，三維(wei) ECM 培(pei)養(yang)技(ji)術究(jiu)竟(jing)憑(ping)借(jie)哪(na)些(xie)核(he)心(xin)突破(po)，成(cheng)功(gong)攻克(ke)細胞(bao)表型(xing)失真這(zhe)壹(yi)難題？全(quan)球(qiu)實驗(yan)室(shi)又(you)在(zai)如何利用這(zhe)壹(yi)技(ji)術開(kai)辟(pi)新的(de)研究(jiu)路(lu)徑(jing)呢(ne)？讓(rang)我(wo)們壹(yi)同(tong)深入(ru)探尋(xun)。

在(zai)三維(wei) ECM 培(pei)養(yang)技(ji)術的(de)發(fa)展(zhan)進程中，脫(tuo)細胞(bao) ECM（dECM）技術猶(you)如(ru)壹(yi)顆(ke)閃耀(yao)的(de)明星，展(zhan)現(xian)出的(de)魅力。華(hua)西(xi)醫學(xue)院的科研(yan)團隊巧妙(miao)利用 dECM 制(zhi)造(zao)微(wei)圖(tu)案陣(zhen)列芯(xin)片，這(zhe)壹(yi)創新之(zhi)舉(ju)堪(kan)稱(cheng)細胞(bao)培(pei)養(yang)領(ling)域(yu)的壹(yi)大(da)創舉(ju)。細(xi)胞(bao)在這(zhe)個精心打造(zao)的 “微(wei)世(shi)界" 裏，存(cun)活(huo)率大(da)幅(fu)提升，基(ji)因(yin)穩(wen)定(ding)性如同(tong)堡(bao)壘(lei)般(ban)穩(wen)固，藥(yao)物代(dai)謝(xie)功(gong)能(neng)也(ye)顯著(zhu)增(zeng)強。這(zhe)壹(yi)技(ji)術的(de)應(ying)用(yong)，成(cheng)功(gong)破(po)解(jie)了(le)傳(chuan)統 3D 培(pei)養(yang)中(zhong)細(xi)胞(bao)球尺寸(cun)不均(jun)的難題，為後續的(de)細胞(bao)研究奠(dian)定了堅(jian)實基(ji)礎。

在(zai)癌(ai)癥(zheng)研究(jiu)領(ling)域(yu)，脫細(xi)胞(bao)胃癌(ai) ECM 支架(jia)的出現(xian)，仿(fang)佛為科學(xue)家們打開了(le)壹(yi)扇(shan)通往(wang)癌(ai)癥(zheng)奧秘(mi)深處(chu)的大(da)門(men)。它成(cheng)功(gong)復現(xian)了膠(jiao)原重組(zu)過(guo)程，如同(tong)壹(yi)場(chang)精彩的微(wei)觀過(guo)程，讓(rang)科學(xue)家們得(de)以清晰地(di)觀察到膠(jiao)原剛度(du)在(zai)胃(wei)癌(ai)進展(zhan)中所(suo)扮演的關(guan)鍵(jian)角色(se)。原來，膠(jiao)原剛度(du)如(ru)同(tong)壹(yi)只無(wu)形(xing)的(de)大(da)手(shou)，通過調控(kong)免疫抵抗(kang)和癌(ai)細胞(bao)遷移，推(tui)動胃癌(ai)不斷惡化(hua)。這(zhe)壹(yi)發(fa)現(xian)意義(yi)非(fei)凡，為靶(ba)向膠(jiao)原代謝(xie)的(de)藥(yao)物開(kai)發(fa)搭建(jian)了理想的(de)平臺(tai)，為癌(ai)癥(zheng)治(zhi)療(liao)帶(dai)來了新的(de)希望(wang)。

高精度生物(wu) 3D 打印技(ji)術在(zai)三維(wei) ECM 培(pei)養(yang)中(zhong)同(tong)樣大(da)放(fang)異彩(cai)。賀(he)永教(jiao)授(shou)團隊通過 3D 打印構(gou)建(jian)出曲(qu)率(lv)可(ke)控(kong)的纖(xian)維(wei)網(wang)格支架(jia)，這(zhe)壹(yi)成(cheng)果猶(you)如(ru)在(zai)微(wei)觀世(shi)界裏搭建(jian)了壹(yi)座(zuo)精密(mi)的 “微(wei)觀城市"。在(zai)這(zhe)個 “城市" 中(zhong)，研(yan)究人員驚奇地發(fa)現(xian)，細胞(bao)仿(fang)佛有了自主意識，優先(xian)遷移(yi)至(zhi)低曲(qu)率區(qu)域(yu)（>20μm 直徑(jing)纖(xian)維(wei)），並且(qie)沿著(zhe)纖(xian)維(wei)軸向有序(xu)排(pai)列。這(zhe)壹(yi)奇妙(miao)現(xian)象(xiang)的背後，隱藏(zang)著(zhe) ECM 物理形貌通過細(xi)胞(bao)內應力(li)調控(kong)基(ji)因(yin)表(biao)達的全(quan)新機(ji)制(zhi)，為我(wo)們理解細(xi)胞(bao)行為提供了嶄新的(de)視角。

韓國(guo)團(tuan)隊的研究(jiu)成(cheng)果同(tong)樣令(ling)人矚(zhu)目，他們將(jiang)脫細胞(bao)胰腺基(ji)質(zhi)（pdECM）與基(ji)底(di)膜(mo)蛋白(bai)巧妙(miao)結合，利用(yong)生(sheng)物(wu)打印技(ji)術構(gou)建(jian)出胰(yi)島(dao) - 血(xue)管(guan)復合結(jie)構(gou)（HICA-V）。這(zhe)壹(yi)創新結(jie)構(gou)的誕(dan)生(sheng)，仿(fang)佛為幹(gan)細胞(bao)源(yuan)性胰島(dao)註(zhu)入(ru)了強大活(huo)力(li)，使(shi)其(qi)葡(pu)萄(tao)糖(tang)響(xiang)應(ying)能(neng)力大(da)幅(fu)提升 3.8 倍。更(geng)令(ling)人欣(xin)喜的是，該(gai)模(mo)型(xing)能(neng)夠(gou)成(cheng)功(gong)模(mo)擬(ni)糖(tang)尿(niao)病(bing)病理及(ji)藥(yao)物響(xiang)應(ying)。

哈(ha)爾(er)濱醫科大(da)學開發(fa)的(de)磁響(xiang)應(ying)藻(zao)酸鹽(yan)水(shui)凝(ning)膠(jiao) 4D 動態培(pei)養(yang)系(xi)統，這(zhe)個系(xi)統能(neng)夠(gou)通過電磁場(chang)模(mo)擬(ni)舌(she)體運動，為細(xi)胞(bao)研究構(gou)建(jian)出動態環境。研究(jiu)發(fa)現(xian)，在特(te)定的 ECM 硬(ying)度（0.137MPa）與機(ji)械(xie)壓力(li)協(xie)同(tong)作用下(xia)，RET/Y1062 磷(lin)酸化(hua)被成(cheng)功(gong)激活(huo)，進而使(shi)舌(she)鱗癌(ai)的侵(qin)襲(xi)能(neng)力(li)提升了 3.2 倍(bei)。這(zhe)壹(yi)研(yan)究成(cheng)果不(bu)僅(jin)揭(jie)示了力(li)學(xue)因素(su)在(zai)癌(ai)癥(zheng)發(fa)展(zhan)中的(de)重要作(zuo)用(yong)，更為力(li)學靶(ba)向療(liao)法的(de)研究奠定(ding)了堅實的基(ji)礎，讓(rang)我(wo)們在(zai)攻克(ke)癌(ai)癥(zheng)的道路(lu)上(shang)又邁(mai)出了(le)堅(jian)實的壹(yi)步(bu)。

在(zai)胰(yi)腺癌(ai)藥物篩選(xuan)領(ling)域(yu)，壹(yi)套(tao)基(ji)於(yu) Nat Commun 方案(an)的(de)標(biao)準(zhun)化操作流程，開始(shi)是基(ji)質(zhi)制(zhi)備環節，研究人員將肽兩親(qin)物（PA）與 ECM 組(zu)分(fen)（層粘連蛋白(bai)、IV 型(xing)膠(jiao)原）進行共(gong)組(zu)裝(zhuang)，如(ru)同(tong)搭建(jian)起(qi)穩固(gu)的 “大廈(sha)" 框(kuang)架(jia)，形成(cheng) PA-ECM 水(shui)凝(ning)膠(jiao)。隨後，在細(xi)胞(bao)接種階(jie)段，他們將(jiang)患者來(lai)源(yuan)的(de)胰腺癌(ai)細胞(bao)與癌(ai)癥(zheng)相(xiang)關(guan)成(cheng)纖(xian)維(wei)細胞(bao)（CAFs）按照 5：1 的(de)精準比例嵌(qian)入(ru)凝(ning)膠(jiao)之(zhi)中，精心構(gou)建(jian)出多細胞(bao)的微(wei)環境。在藥(yao)效評(ping)估(gu)時，令(ling)人驚喜的是，相(xiang)比(bi)類(lei)器官模(mo)型(xing)，該(gai)體系(xi)對(dui)吉(ji)西(xi)他濱的響(xiang)應(ying)準(zhun)確度(du)提升了 40%，並且(qie)成(cheng)功(gong)保(bao)留(liu)了(le)癌(ai)癥(zheng)幹細(xi)胞(bao)（CSC）特性，為胰(yi)腺癌(ai)藥物篩選(xuan)提供了更(geng)為精準、有效的方(fang)法。

三陰性乳腺(xian)癌(ai)耐(nai)藥(yao)性研究(jiu)壹(yi)直(zhi)是醫學(xue)領(ling)域(yu)的重點和難點，而在這(zhe)壹(yi)研(yan)究中，不同(tong)的三維(wei) ECM 培(pei)養(yang)模(mo)型(xing)發(fa)揮(hui)著(zhe)重要作(zuo)用(yong)。球狀體模(mo)型(xing)通過將(jiang) MDA-MB-231 細(xi)胞(bao)與 CAFs 共(gong)培(pei)養(yang)，成(cheng)功(gong)發(fa)現(xian) CD146-RhoA 通路激活(huo) EMT 這(zhe)壹(yi)關(guan)鍵(jian)耐(nai)藥(yao)機(ji)制(zhi)；微(wei)流控(kong)芯片(pian)利用動態灌(guan)註 CXCL12 因(yin)子，揭(jie)示了 CAFs 誘(you)導(dao) M2 巨噬(shi)細(xi)胞(bao)極化與耐(nai)藥(yao)性的關(guan)聯(lian)；3D 生(sheng)物(wu)打印支架(jia)則(ze)通過整(zheng)合(he)素(su) β1-FAK 通路抑(yi)制(zhi)劑篩選(xuan)，發(fa)現(xian)基(ji)質(zhi)剛度(du)驅動紫(zi)杉(shan)醇耐(nai)藥(yao)的(de)奧(ao)秘(mi)。這(zhe)些(xie)研(yan)究(jiu)成(cheng)果如(ru)同(tong)壹(yi)塊(kuai)塊拼(pin)圖(tu)，逐漸(jian)拼(pin)湊出三陰性乳腺(xian)癌(ai)耐(nai)藥(yao)性的復雜機(ji)制(zhi)，為攻克(ke)這(zhe)壹(yi)難題提供了豐(feng)富的線(xian)索(suo)和方(fang)向。

在(zai)三維(wei) ECM 培(pei)養(yang)中(zhong)，維(wei)持細(xi)胞(bao)活性是壹(yi)個至(zhi)關(guan)重要的(de)問(wen)題，而微(wei)凝(ning)膠(jiao)技術為這(zhe)壹(yi)難題提供了創新的(de)解決(jue)方(fang)案(an)。伊(yi)利(li)諾(nuo)伊大(da)學開發(fa)的(de)聚(ju)乙(yi)二醇微(wei)凝(ning)膠(jiao)陣列(lie)，就(jiu)像(xiang)壹(yi)個微(wei)觀的(de) “細胞(bao)遊樂(le)場(chang)"。研究人員可(ke)以通過調節其硬(ying)度（2-20kPa），如(ru)同(tong)調整(zheng)遊樂(le)場(chang)設施(shi)參(can)數(shu)壹(yi)般(ban)，高通量篩選(xuan)肝(gan)星狀細(xi)胞(bao)的最佳活化條件。實驗(yan)結(jie)果令(ling)人振奮，在(zai) 6kPa 纖(xian)維(wei)連接(jie)蛋白(bai)微(wei)凝(ning)膠(jiao)環境下，細(xi)胞(bao)代謝(xie)活(huo)性提升了 200%，如(ru)同(tong)被點燃的(de)火(huo)焰，為細(xi)胞(bao)培(pei)養(yang)中(zhong)的(de)活性維(wei)持提供了新的(de)思路(lu)和方(fang)法。

多模(mo)態成(cheng)像(xiang)技術為解(jie)析三維(wei) ECM 培(pei)養(yang)中(zhong)的(de)復雜微(wei)環境提供了壹(yi)雙(shuang)強大的(de) “透(tou)視(shi)眼"。它巧妙(miao)地結合熒光顯微(wei)鏡(jing)、二次(ci)諧(xie)波成(cheng)像(xiang)（SHG）和質(zhi)譜(pu)等多種技(ji)術手(shou)段，能(neng)實時追(zhui)蹤(zong) 3D 膠(jiao)原支架(jia)中成(cheng)纖(xian)維(wei)細胞(bao)的樹突突起(qi)與 ECM 間的相(xiang)互作用(yong)，分辨率高達 250nm。這(zhe)就好比擁(yong)有了壹(yi)臺(tai)超級顯微(wei)鏡(jing)，能(neng)夠(gou)深(shen)入(ru)到微(wei)觀世(shi)界的細(xi)節之(zhi)中，讓(rang)我(wo)們對(dui)細胞(bao)與微(wei)環境之(zhi)間的(de)微(wei)妙(miao)關系(xi)有了更清晰、深(shen)入(ru)的認識。

諾(nuo)丁漢大學利(li)用(yong)生(sheng)物工(gong)程基(ji)質(zhi)構(gou)建(jian)的可(ke)調自(zi)組(zu)裝(zhuang)平(ping)臺，在(zai)成(cheng)本(ben)控(kong)制(zhi)和標(biao)準(zhun)化方面展(zhan)現(xian)出巨大的(de)優勢。這(zhe)個平(ping)臺(tai)就(jiu)像(xiang)壹(yi)個高效的 “細胞(bao)工廠(chang)"，能夠將患者源(yuan)性腫瘤(liu)模(mo)型(xing)構(gou)建(jian)周(zhou)期大幅(fu)縮短(duan)至 72 小(xiao)時，藥(yao)物(wu)測試(shi)周(zhou)轉(zhuan)時間(jian)較(jiao) PDX 模(mo)型(xing)縮(suo)短(duan)了 80%。這(zhe)壹(yi)成(cheng)果不(bu)僅(jin)提高了研究效(xiao)率(lv)，還(hai)降低了(le)研究(jiu)成(cheng)本(ben)，為三維(wei) ECM 培(pei)養(yang)技(ji)術的(de)廣(guang)泛(fan)應(ying)用(yong)提供了有力支持。

蘇(su)州(zhou)阿(e)爾(er)法生(sheng)物針對(dui)三維(wei) ECM 培(pei)養(yang)中(zhong)的(de)培(pei)養(yang)基(ji)，細(xi)胞(bao)培(pei)養(yang)耗材(cai)，實驗(yan)設備(bei)等提供了壹(yi)系(xi)列(lie)完(wan)善(shan)的(de)解決方案(an)。