威斯康星大学麦迪逊分校 Bascom Hall 建筑与台阶
威斯康星大学麦迪逊分校 Bascom Hall,2023 年(Chris Rycroft from Madison, Wisconsin, United States / Wikimedia Commons;CC BY 2.0)

培养基质既支撑细胞,也会影响测量

威斯康星大学麦迪逊分校(University of Wisconsin–Madison)的 Elizabeth A. Aisenbrey 与 William L. Murphy 在 Nature Reviews Materials 发表综述,比较 Matrigel 与合成培养基质。文章特别讨论了一个药筛问题:培养环境本身具有生物学活性,可能改变细胞对化合物的反应。

Matrigel 来源于小鼠肿瘤提取物,含层粘连蛋白、胶原及多种生长因子。其复杂组成有助于多种细胞生长,也使研究者难以逐一固定环境中的生化信号。综述指出,不同批次及同一批次内部均可能存在组成差异。

力学性质也有变异。整体刚度与细胞周围的局部刚度可能不同,材料密度和培养过程中的基质重塑,还会改变细胞实际接触的环境。分析药物处理后的变化时,需要同时考虑基质造成的影响。

血管形成实验显示,基质选择会改变干扰物识别

综述所引一项研究先筛选 500 多种水凝胶配方,寻找能够支持人脐静脉内皮细胞形成血管样结构的合成基质。随后,研究在该模型中比较受测化合物对血管组织形成的影响;定制的聚乙二醇(polyethylene glycol,PEG)水凝胶在识别潜在血管干扰物方面,优于所比较的 Matrigel 体系。

这项研究先比较不同配方对血管组织形成的支持能力,再检测受测化合物的干扰作用。综述用这一案例说明,材料评价既涉及细胞能否形成结构,也涉及培养环境是否改变毒性效应的判读。

不同模型中的药敏变化方向并不一致

另一个被综述讨论的例子来自前列腺癌细胞:在合成聚苯乙烯支撑材料上培养的细胞,对药物处理的反应弱于 Matrigel 条件。作者同时引用其他自然来源基质与肿瘤形成能力、化疗耐受增强有关的研究。

两个方向不同的案例显示,替换材料后,药物反应会随细胞和培养条件而变化。综述因此强调,分别控制基质信号有助于识别影响药物反应的具体因素。

合成基质可以分别调整哪些环境特征

合成体系的主要价值,是能够更明确地设定黏附信号、力学性质和降解特征。研究者可按细胞需要配置这些因素,分别比较它们对组织形成与功能的影响。

文章比较了类器官培养中的不同需求。例如,部分神经上皮管与肾上皮囊性结构对黏附信号和基质可降解性的要求不同;肠道类器官的扩增及后续分化阶段,也可能需要不同的材料环境。作者因此把材料可调性与具体模型需求放在一起讨论。

部分 PEG 体系还加入了天然来源的肝素等组分。综述将这类混合材料与完全合成基质分别讨论,保留其实际组成和来源。

推广仍需要处理成本和实际使用质量

合成培养环境的成本包括基础聚合物、提供细胞所需信号的肽与生长因子,以及模型优化工作。作者指出,为具体细胞筛选合适的物理和生化条件,仍需要时间与经验。

文章还比较了由用户自行成胶的试剂盒与预包被器件。前者更灵活,却增加操作差异和专业设备要求;后者减少了使用步骤,但需要稳定、可重复的包被,并考虑保存期限。对于后续药筛,材料是否方便应用与能否维持可比较的细胞反应,需要一起评价。

来源与延伸阅读

  1. Synthetic alternatives to Matrigel. Nature Reviews Materials. 2020. doi:10.1038/s41578-020-0199-8 ↗