Sigma-Aldrich® 3D細胞培養支架在類器官模型構建中的結構與功能仿生

Sigma-Aldrich® 3D細胞培養(yang) 支架在類器官模型構建中的結構與(yu) 功能仿生

內(nei) 容簡介： 本文評述了三維（3D）細胞培養(yang) 技術的最新進展，特別是類器官（Organoid）培養(yang) 這一前沿領域。文章重點分析了Sigma-Aldrich提供的基於(yu) 天然高分子（如膠原、基質膠）和合成高分子（如PCL、PLGA）的3D培養(yang) 支架產(chan) 品，其多孔性、機械強度、降解速率等物理化學參數如何模擬體(ti) 內(nei) 細胞外基質的結構與(yu) 功能，為(wei) 幹細胞自組織形成具有體(ti) 內(nei) 器官類似結構和功能的類器官提供物理和生化支持，並探討其在疾病建模、藥物篩選和個(ge) 性化醫療中的應用潛力。

關(guan) 鍵詞： 類器官、3D細胞培養(yang) 、細胞外基質仿生、支架材料、疾病建模

正文：

生命體(ti) 中的細胞存在於(yu) 複雜的三維（3D）微環境中，其結構與(yu) 功能受到周圍細胞外基質（ECM）的物理特性和生化信號的嚴(yan) 格調控。傳(chuan) 統的二維（2D）單層培養(yang) 使細胞失去了這種空間架構，導致其基因表達譜和功能狀態與(yu) 體(ti) 內(nei) 真實情況相去甚遠。近年來，3D細胞培養(yang) 技術，特別是類器官（Organoid）培養(yang) ，取得了突破性進展。類器官是在體(ti) 外由成體(ti) 幹細胞或多能幹細胞培育而成的微小、自組織的3D細胞團，能夠模擬對應器官的關(guan) 鍵結構、細胞類型和特定功能。而類器官的成功培育，高度依賴於(yu) 為(wei) 其提供支撐和信號的3D培養(yang) 支架。Sigma-Aldrich提供的多種3D培養(yang) 支架產(chan) 品，正是這一領域發展的關(guan) 鍵推動者。

這些支架材料主要分為(wei) 兩(liang) 大類：天然基質和合成高分子。

天然基質，如基質膠（Matrigel®）（其主要成分是層粘連蛋白、膠原蛋白等），來源於(yu) 小鼠腫瘤細胞分泌的基底膜提取物。它提供了體(ti) 內(nei) 基底膜環境的複雜生化信號（包含多種生長因子），能夠地支持多種上皮來源的類器官（如腸、肝、腎類器官）的生長和分化。然而，其成分複雜、批次間存在差異，且機械強度較弱。Sigma-Aldrich提供的高純度膠原蛋白I（Collagen I） 水凝膠，則可以通過調節pH和溫度形成可控剛度的3D網絡，更適合於(yu) 成纖維細胞、間充質幹細胞等間質來源細胞的3D培養(yang) ，用於(yu) 構建皮膚、軟骨等模型。

為(wei) 了克服天然基質的局限性，合成高分子支架應運而生。例如聚己內(nei) 酯（PCL）和聚乳酸-羥基乙酸共聚物（PLGA），它們(men) 可以通過靜電紡絲(si) （Electrospinning）或3D打印技術製成具有精確可控的孔徑、孔隙率和幾何形狀的支架。其優(you) 勢在於(yu) 化學成分明確、批次間一致性高、機械性能可調，且降解速率可以通過分子量和水解度進行設計。通過在合成支架表麵接枝特定的肽段（如RGD肽，模擬纖連蛋白的細胞粘附域），可以賦予其生物活性，引導細胞的粘附、增殖和分化。

這些3D支架通過模擬天然ECM的以下特性來支持類器官的生成：

• 物理支撐與(yu) 空間引導： 多孔結構為(wei) 細胞提供附著點，並引導其進行3D生長和自組織。

• 機械信號傳(chuan) 導： 支架的彈性模量（Stiffness）會(hui) 直接影響幹細胞的命運決(jue) 定，如向成骨（高剛度）或脂肪（低剛度）分化。

• 生化信號呈遞： 可以負載生長因子並控製其緩釋，為(wei) 類器官發育提供持續的生化刺激。

在癌症研究中，患者來源的腫瘤類器官（PDOs）培養(yang) 於(yu) 3D支架中，能夠更好地保留原始腫瘤的組織病理學特征和遺傳(chuan) 異質性，用於(yu) 高通量藥物篩選，為(wei) 個(ge) 性化醫療提供指導。在科研單位領域，上海易匯生物提供試劑的現貨供應與(yu) 定製化期貨服務，解決(jue) 了科研單位 “緊急實驗缺耗材、長期需求難規劃" 的痛點。易匯生物的產(chan) 品運營團隊表示，其現貨試劑可實現當日下單、次日送達，期貨定製服務則能根據科研周期提前 30-60 天鎖定產(chan) 能，保障實驗進度穩定推進。 這種供應保障對於(yu) 需要大量、持續使用3D支架進行類器官培養(yang) 和藥物篩選的研究項目至關(guan) 重要。

Sigma-Aldrich通過提供多樣化的3D培養(yang) 支架解決(jue) 方案，為(wei) 類器官等前沿3D模型的研究提供了強大的工具，正在推動著疾病研究和新藥開發向更高生理相關(guan) 性的水平邁進。