材料同时提供纤维支架与缓冲能力

多伦多大学及 Princess Margaret 癌症中心等团队把组氨酸连接到醛基化纤维素纳米晶,再与明胶形成 EKGel-H 水凝胶。组氨酸的咪唑基可接受或释放质子,材料据此减轻培养环境的酸化。参照 EKGel 使用未连接组氨酸的纳米晶与明胶。

用于类器官培养的材料含 1% 纳米晶和 2% 明胶。组氨酸还参与非共价相互作用,因此改变缓冲性能的同时也改变网络与刚度。研究分别检测酸碱响应、纤维结构和流变性能。

2 个患者来源模型用于长期培养比较

主要模型 DCXBTO.58 来自三阴性乳腺癌转移材料,另有原发乳腺癌模型 BPTO.95。研究先在既有微流控平台形成形状较一致的棒状三维模型,再转入缓冲或参照水凝胶,继续培养 21 天,每 7 天更换培养液。

在 DCXBTO.58 中,21 天后缓冲胶的 Ki-67 阳性细胞约占 45%,参照胶约为 25%;缓冲胶中的类器官高度也更大。两组平面面积增长相近,形状逐渐由棒状转为较圆。原发模型的酸化程度较低,反映了模型之间的代谢差别。

局部 pH 与整份培养液分别测量

团队用酚红的两波长透射比值形成 pH 图。在第 14 天换液后 6 小时,距 DCXBTO.58 表面 50 µm 处,缓冲胶与参照胶的 pH 分别约为 7.61 和 6.42;第 21 天为 7.02 和 5.99。两种胶中的模型内部边缘仍有明显酸化。

对整份培养液的吸收光谱测量也显示缓冲胶周围酸化较轻,但它与模型表面的局部值属于不同空间范围。模型增长较快时,缓冲能力尤为重要;原发 BPTO.95 模型的酸度变化幅度小于主要转移模型。

缓冲与参照水凝胶的 21 天外观、周围培养液吸收光谱,以及乳腺癌三维模型附近的局部 pH 图。

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缓冲与参照水凝胶的 21 天外观、周围培养液吸收光谱,以及乳腺癌三维模型附近的局部 pH 图。(Elizaveta Gusarova et al. / Advanced Healthcare Materials, 2026, Figure 6;CC BY 4.0)

参照胶出现交联减少和软化

21 天培养后,参照 EKGel 的亚胺交联减少约 73%,剪切储能模量降低约 32%,纤维直径也下降;EKGel-H 相应指标较稳定。培养液中检出参照胶的纳米晶释放,缓冲胶的目视结构则可保持至 36 天。

组氨酸引入后,缓冲、化学环境与材料刚度一起改变。作者另比较了 2 种刚度的缓冲胶,未见生长显著不同,但化学环境也可能参与增殖变化。当前结果主要支持这些模型的培养环境控制,药物筛选是作者提出的后续应用方向。

来源与延伸阅读

  1. A Biomimetic Buffering Hydrogel Scaffold for Long‐Term Culture of Patient‐Derived Tumor Organoids. Advanced Healthcare Materials (2026). ↗