西南交大:双水相乳液模板定制多孔藻酸微球用于3D细胞培养

与传统的2D平板培养相比,3D细胞培养被认为是一种更好的体外替代方法,因为它能够创建一个细胞微环境,模拟细胞和体内细胞基质之间的相互作用,以维持正常的细胞生长、基因表达和细胞功能(www.mynh.net)。3D细胞培养大致可分为支架依赖和支架游离两种(Baker & Chen, 2012)。与无支架悬浮培养相比,支架三维细胞培养更适合于体外细胞培养,因为支架可以保护细胞免受体外环境的伤害,促进细胞迁移、扩展和分化。褐藻酸盐(Alginate, Alg)是一种从褐藻中提取的天然高分子多糖,具有良好的生物相容性。此外,藻珠因其交联方式简单温和、易改性等特点,已广泛应用于生物医学相关领域。目前,海藻珠作为体外3D细胞培养的载体已被广泛报道。在藻珠中初步实现了被包封细胞的定量、不同细胞的空间定位和高存活率的细胞包封。然而,由于典型的海藻酸钙性质,藻珠内部的孔隙致密且分离,削弱了被封装细胞之间的通讯和迁移,减少了分泌蛋白。此外,孔径难以精确控制,无法满足不同细胞培养所需的各种最佳孔径。

近日,西南交通大学生命科学与工程学院王垚磊老师以双水相(ATPS)乳剂为模板,制备了具有可控互联多孔结构的海藻酸微球(PABs),用于三维细胞培养。以细胞/葡聚糖(Dex)混合物和海藻酸盐(Alg)/聚乙二醇(PEG)混合物为水相乳液,采用mPEG-BSA粒子稳定的ATPS乳液形成可控的多孔结构的海藻酸微球。通过改变乳化频率和与PEG-Alg溶液的体积比,可以控制多聚羧酸酯的孔径。此外,由于三磷酸腺苷具有良好的生物相容性,细胞可以直接包裹在相互连通的孔隙中。与一般海藻酸微球(PABs)包埋的细胞相比,包埋在PABs中的HeLa和人肝癌细胞具有更强的细胞活性(> 95%)、增殖和功能增强。因此,认为海藻酸微球是一种很有前途的体外三维细胞培养微载体。该研究成果以“Aqueous two-phase emulsions-templated tailorable porous alginate beads for 3D cell culture”为题发表在 国际高分子化学领域权威期刊《 Carbohydrate Polymers 》(影响因子7.182)上。 论文第一作者为生命学院18级硕士研究生刘甜甜同学。 通讯作者为王垚磊老师,李萍教授为共同通讯作者,西南交通大学为唯一署名单位和通讯作者单位。

本文要点:1、制备了具有可控互联多孔结构的藻酸盐微球。2、以不含非生物相容性试剂的双水相乳液为模板。3、实现了细胞直接包埋在多孔微球中进行三维细胞培养。3、多孔藻酸盐微球具有较好的细胞生物学行为。

总之,本文通过由mPEG-BSA颗粒所稳定的聚乙二醇和葡聚糖所形成形成的双水相乳液,结合海藻酸一步法形成孔径结构可控的凝胶球。该方法实现了3D培养载体形成与细胞包裹的同时完成,克服了预制支架在接种细胞时会降低细胞活力的问题。与传统凝胶球载体相比,多孔凝胶球显著提高了3D培养的细胞活性与功能。这种具有高度生物相容、结构可控、模拟体内环境、操作简便的多孔凝胶球体系,为3D细胞培养载体的制备提供了崭新的平台。

论文链接:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0144861721000898

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