地理学与自然灾害杂志
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抽象的

主动 3D 环境：稳定、可复制、模拟组织的关键

米夫·威利

作为活性 3D 球体/类器官培养物生长的细胞具有比在 2D 培养物中生长的细胞更好地模拟人体组织中所见的生理性能。我们之前提出了细胞编程的两个极端（文化鸿沟）。一个极端是功能减弱的指数增长（如伤口愈合或癌症，以及实验上在传统二维培养物中生长的细胞），而另一个极端是具有高度专业化功能的细胞增殖非常缓慢的动态平衡（如所见）在组织中和实验上作为活性 3D 球体生长的细胞）。我们已经证明，在活性微重力 3D 球体培养物中生长超过 18 天的肝细胞癌细胞 HepG2/C3A 具有比在 2D 培养物中生长的细胞更好地模拟人体组织中所见的生理性能。我们分析了这两个极端的蛋白质组和细胞结构，发现它们截然不同。超结构方面，肌动蛋白组织发生改变，微管增加，角蛋白 8 和 18 减少。代谢方面，糖酵解、脂肪酸代谢和磷酸戊糖循环增加，而三羧酸循环和氧化磷酸化则保持不变。参与胆固醇和尿素合成的酶增加，支持体内胆固醇和尿素生产率的实现。即使细胞主要处于 G0 期，DNA 修复酶也会增加。沿着微管、通过核孔和在各种类型的囊泡中在细胞周围的运输已被优先考虑。转录、剪接、翻译、蛋白质折叠和降解存在许多连贯的变化。复合物内单个蛋白质的数量被证明是高度协调的。通常，与相同复合物的其他亚基相比，启动特定功能的亚基以增加的量存在。因此，我们得出结论，3D 球体为了解体内生理学提供了一个窗口。通常认为 3D 培养细胞比 2D 培养细胞困难得多。实际上，情况并非如此：目前的情况是，3D 细胞培养所需的设备尚未像 2D 细胞培养设备那样优化。在这里，我们提出了设计 3D 细胞培养设备时必须考虑的一些关键特征。这些包括扩散梯度、剪切应力和时间。当细胞作为簇培养时，不可避免地会引入扩散梯度。也许最重要的结果是由此产生的缺氧是代谢重编程的主要驱动力。组织中的大多数细胞不会经历液体剪切应力，因此应将其最小化。时间是最容易被忽视的因素。细胞，无论其来源如何，在培养开始时都会受到损害：它们需要时间来恢复。所有这些功能都可以轻松组合到回转器培养箱和生物反应器中。出奇，回转器系统中的细胞生长不需要专门的培养基、支架、ECM 替代品或生长因子。这极大地促进了向 3D 的过渡。最重要的是，以这种方式生长的细胞反映了体内细胞的生长，因此对于生物医学研究很有价值。