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生物制作

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批量生产的球体系列用于组织修复

12 Mar 2021 Tami Freeman.
网格板球体
在栅格板上生长的球形(直径大约300μm)的共聚焦图像。球形由人脂肪衍生的干细胞和软骨细胞的共培养形成。 (礼貌:SylviaNürnberger)

Spheroids - 培养细胞的三维“球” - 广泛应用于医学研究,越来越多地用作组织工程应用的构建块。然而,用于产生这些球体的目前的方法是耗时的,需要大量的试剂并具有高运行成本。

奥地利的一支研究团队现已为高通量球体制作开发了一种多功能和经济高效的技术,采用隔间细胞培养皿。写作 生物制作,该团队解释了新系统如何显着降低生产成本和时间,并且可以产生具有在组织再生的可能性的球状体。

研究人员使用激光雕刻快速,轻松地在标准的60 mm细胞培养皿上创建网格。每个盘可以产生大约200的球形,每个隔室中的一个球体生长。

“在以前的工作中,我们观察到生长面限制会导致焦细胞聚集。实现了3D文化一代的潜力,我们开发了一个基于隔间文化板的系统,“解释说 SylviaNürnberger. 来自维也纳医科大学。 “在这些表面上,间充质基质细胞和软骨细胞不仅聚集,而且形成了最终从表面分离的完整球状体。这种球形形成方法是完全新的。“

Sylvia Nürnberger and Marian Fürsatz

新颖的生产方法需要比标准颗粒培养方法更少的处理时间,其中球状体在96孔板中生长,并使用培养基的10倍,显着降低试剂成本。 “我们的系统还允许额外的早期读出,因为Spheroid地层本身提供了有关蜂窝健身的额外信息,”第一个作者 Marianfürsatz..

球形生长动力学

Nürnberger和同事使用人类脂肪衍生的干细胞(ASC / TERT1)和人关节软骨细胞(HAC) - 具有用于软骨修复的潜力的细胞。

当在栅格板中播种时,两种细胞类型仅粘附到隔室表面(不向激光切口),在那里它们最初形成了2D细胞单层。球形形成从隔室边缘处的该单层的收缩开始,然后滚动细胞层,通常留下锚固到板表面的几个点。转化为球状体形式涉及锚点,收缩和完全凝结到球体中的快速损失。

干细胞在大约三周后形成自由浮阳光体,在两个月或更长时间后的软骨细胞。通过改变网格尺寸,研究人员可以控制最终的球形尺寸。 1和3 mm栅格的生长产生了ASC / TERT1球状的平均直径为134和340μm。

由于干细胞比软骨细胞更快地产生球状体,研究人员测试了是否添加ASC / TERT1至HAC培养物可以加速它们的形成。令人惊讶的是,他们发现共培养物形成的球状体甚至比ASC / TERT1细胞更快。

评估不同的ASC / TERT1:HAC比率(80:20,50:50和20:80)揭示了50:50和20:80的共同培养物分别形成阳光,分别比纯度速度较快ASC / TERT1培养物,大约21天。由于其更快的形成,共培养物产生略低直径的球状体,具有较高的HAC比率,导致更大的尺寸变化和更小的球状体。

接下来,研究人员比较了栅极板产生的球状体的分化能力和通过标准颗粒培养。相对基因表达和分化指数在栅格板和颗粒培养型球状体之间是可比的。两种生产方法都会产生具有相似圆形和圆度的球状体。

比较桥板球状体的内部结构和标准颗粒培养揭示其内部结构的清晰差异。特别地,网格板ASC / TERT1球状体显示出致密基质的内部股。这些紧凑的基质股线可以为细胞提供更密集和更多的软骨样的环境,以及更高的刚度,这可能是一个优势 体内 application.

组织再生潜力

研究人员接下来通过将ASC / TERT1和50:50 HAC嵌入到纤维蛋白水凝胶中,评估了软骨修复的栅格板球体对软骨修复的适用性。共培养物在所有方向上显示出强烈的细胞生长,在14天后达到0.5毫米的近似半径。 ASC / TERT1球体向其他球状体显示出较高的产卵,但在其他方向上越慢的生长。染色揭示了共培养物在球状体周围诱导更大的基质沉积。

Grid-plate spheroids

这种强烈的大小和基质沉积表明,如果送达,球状体也可能会增长 体内 因此可用于软骨修复。 “这是预期的应用之一,”Nürnberger告诉 物理世界。 “球状体可以直接植入缺陷或用作在植入前的生物印刷的构建块。”

该团队现在正在调查使用球体对软骨缺损再生的策略以及药物筛选,因为通过细胞因子和药物如诸如细胞因子和药物的影响而改变了球形形成速度。 “然而,我们一直在考虑将我们的球体形成方法应用于新应用的新可能性,”纽伯格均添加了纽伯格。

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