压电式微喷技术在细胞打印领域的应用

细胞获取和培养的过程是组织工程构建的重要环节; 3D生物打印技术可以支撑组织工程的发展。通过"声波"使微量流体在惯性力和流体粘性力相互作用下实现脉冲流动的压电式微喷技术应用于细胞打印领域属于新兴工艺,具有精度高、效率高、成本低等特征。在介绍压电式微喷技术系统和原理基础上,分析了压电驱动方式、压电参数、脉冲驱动电压波形、生物细胞油墨对细胞打印的影响;给出了压电式微喷技术在高存活率细胞获取、高效率构建细胞三维组织方面的应用研究案例;总结了其在细胞打印领域的应用现状,并指出研究方向及意义。     

PNAS：新细胞打印技术细胞存活率接近100％

据物理学家组织网2月10日报道,美国休斯顿卫理公会研究院的研究人员开发出一种可将活细胞打印到任何表面和几乎任何形状上的技术。且整个过程中几乎所有的细胞仍能存活。新技术犹如中国古代木刻版印刷术和现在儿童橡皮印章玩具,与喷墨打印方法有所不同。该研究成果刊登在最新一期的美国《国家科学院院刊》上。     

合成生物学细胞传感技术在食品安全快速检测中的应用

合成生物学细胞传感技术为快速、现场检测食品污染物提供了一种新型替代方法。由于细胞内环境相对稳定,合成生物学细胞传感器有较强的抗干扰能力;由于细胞能够通过自我复制而实现增殖,细胞传感器在生产上具有简单、廉价、快速的特点,因此在食品安全快速检测中具有良好的应用前景。本文综述了合成生物学细胞传感器核心元件的组成、构建方法和类型,介绍了多功能细胞传感器的合成生物学基因回路,列举了细胞传感器在食品安全快速检测中的商业化应用前景,并阐述了细胞传感器在食品安全快速检测中的挑战和发展趋势。     

细胞药物的种类及生物学特性——细胞药物连载之一

细胞药物是以不同细胞为基础的用于疾病治疗的制剂、药物或产品的统称,是继放疗、化疗之后又一种临床有效的治疗手段,可实施个性化治疗。细胞药物的种类很多,按其生物学特性可分为传统体细胞、免疫细胞以及各种不同的干细胞等。经体外操作过的细胞群,如肝细胞、胰岛细胞、软骨细胞、树突状细胞、细胞因子诱导的杀伤细胞、淋巴因子激活的杀伤细胞、体外加工的骨髓或造血干细胞和体外处理的肿瘤细胞(瘤苗)等。细胞药物已在一些难治性疾病中得到应用,包括血液系统疾病、心血管系统疾病、消化系统疾病、神经系统疾病、免疫系统疾病和抗衰老等。细胞治疗涉及的细胞种类很多,且不同细胞或不同治疗方法各有特点。运用不同的细胞药物来修复病变细胞,以重建受损的功能细胞和组织,恢复其生物学功能,为细胞丢失或损伤性疾病的防治提供了崭新的思路。     

基因编码型生物传感器在微生物细胞工厂中的应用进展

合成生物学的迅猛发展推动了微生物细胞工厂中多种复杂化学品的生物合成,但仍存在产量低、生产效率不高等诸多问题。基因编码型生物传感器可以感知细胞内外代谢物浓度及外界环境的波动,产生可测量的信号输出或调控通路中的基因表达水平,具有成本低、操作简单、可再生等优点。目前,基因编码型生物传感器已经成为合成生物学和代谢工程的重要组成部分,是微生物细胞工厂中代谢动态调控及理想表型进化/筛选的强大工具。概述了基因编码型生物传感器的组成及工作原理,重点介绍了基因编码型生物传感器在微生物代谢动态调控及高通量筛选中的最新研究进展,就基因编码型生物传感器设计与构建过程中面临的挑战进行探讨,并展望了其今后的发展方向。     

3D生物打印技术在微生物修复中的应用

排放到环境中的各种农药、多环芳烃、卤代芳烃等有机污染物以及阻燃剂等新兴污染物,对环境污染、农产品质量和环境安全造成了沉重负担。因此,有效去除环境中的有机污染物已成为迫在眉睫的挑战。3D生物打印技术已经在医学材料、制药等行业中发挥着重要作用。现在,越来越多的微生物被确定适合通过3D生物打印生产具有复杂结构和功能的生物材料。微生物的3D生物打印越来越受到环境微生物学家和生物技术专家的关注。本文综述了用于污染物微生物去除的不同3D生物打印技术的原理和优缺点,及用于微生物生物修复技术的可行性,并指出了可能遇到的限制和挑战。     

细胞自噬的诱导及检测技术在细胞生物学实验教学中的应用实例

细胞自噬是一种在进化上高度保守的溶酶体吞噬降解自身成分的胞内代谢途径。它与多种生理功能有关,如在饥饿、刺激等不利环境条件下,细胞通过自噬降解多余或异常的大分子,为细胞的生存提供能量及原材料,促进生物体的生长发育、细胞分化及对环境变化产生应答。但是,过度的自噬可以导致细胞死亡,因此自噬又被称为II型程序性细胞死亡,这是除凋亡和坏死之外的一种新的细胞死亡方式。另外,自噬异常与多种病理过程如肿瘤、神经退行性病变、病原体感染等密切相关。由于细胞自噬在生理和病理过程中都发挥着重要作用,因此,自噬成为细胞生物学领域的一个新的研究热点。以细胞自噬为研究内容,设计了适合在本科生课程中开设的细胞自噬的诱导及观察实验项目,对该实验项目的实验原理、实验设计与安排等进行了详细的介绍,为该项目在实验课程中的推广提供了有益的参考。     

同轴打印小直径组织工程血管*

随着人口老龄化问题的日益严重以及心血管疾病患病的增加,临床上对血管移植物的需求量也逐渐增大。利用涤纶和聚四氟乙烯制备大直径血管(>6mm)在临床上得到了广泛的应用,而小直径(< 6 mm)血管常因血栓和感染导致移植的失败,因此构建内皮细胞贴附的组织工程血管就显得至关重要。通过合成RGD修饰的海藻酸钠(RGD-alginate, RGD-ALG)以及甲基丙烯酸化的明胶(methacrylated gelatin,GelMA),利用氯化钙溶液溶解的普朗尼克F127作为牺牲材料,利用同轴打印制备出组织工程血管。通过选择不同直径的同轴打印喷嘴以及调节打印参数,可以制备出不同直径的组织工程血管。制备出的组织工程血管可以承受人生理状态下的血管压力,可以进行稳定的灌流培养,并且人脐静脉血管内皮细胞在通入组织工程血管中后可以稳定贴附在管壁上。     

荧光漂白恢复技术在细胞生物学中的应用

荧光漂白恢复(FPR)技术已发展成为定量测定细胞膜分子的流动性的方法之一。本文着重介绍了FPR技术应用于测定细胞膜中和细胞质内分子的运动,这些测定将有助于研究活细胞中膜分子的运动方式、功能及其相互关系。     

多能胚胎细胞作为种子细胞应用潜力的研究概况

多能胚胎细胞具有向三胚层来源所有细胞分化的潜能,尤其是体外诱导、定向分化的特点．使其能为细胞、组织与器官移植、基因治疗提供源源不断的理想供体,在组织工程中作为种子细胞具有广阔的应用前景。本文就多能胚胎细胞系的发展历史、定向诱导分化及其在组织工程中的应用潜力进行综述。     

高通量筛选技术及其应用

主要介绍了高通量筛选技术(HTS,HighThroughputScreening)的原理,包括非细胞相筛选、细胞相筛选和生物表型筛选及其在生命科学和药学领域中的应用以及高通量筛选技术的发展趋势。     

微环境对细胞的影响以及仿生学在组织工程支架中的应用

微环境影响着细胞的增殖、迁移、分化以及细胞功能,细胞微环境影响细胞命运的因素包括细胞之间相互作用、细胞与细胞外基质相互作用、可溶性信号分子以及缺氧和营养对细胞的影响。组织工程支架的制备就是要利用仿生学原理最大程度模拟细胞微环境,从而应用于细胞行为研究以及临床治疗。全面了解细胞微环境对细胞的影响因素是制备组织工程支架的重要条件,而组织工程支架的研究也进一步推动了细胞微环境对细胞影响的认识。组织工程支架研究在组织工程研究中仍具有广阔前景,新的制备工艺也在组织工程支架研究中发挥着巨大推动作用。     

葡萄糖传感器在微囊化动物细胞灌注培养过程中的应用

本文提出了用葡萄糖传感器监测在灌注培养微囊化动物细胞时,培液中葡萄糖量的变化。实验过程中,葡萄糖传感器的线性检测范围为１０－５００ｍｇ／１０ｍｌ．将葡萄糖氧化酶膜贮存于４℃条件下的０．０５ｍｏｌ／Ｌ ＰＢＳ（ｐＨ７．０）中,它的活力在４０天之内保持不变,本方法操作简便,灵敏度高,耗时少,准确可靠。     

Sacrificial Bioprinting of a Mammary Ductal Carcinoma Model

Cancer tissue engineering has remained challenging due to the limitations of the conventional biofabrication techniques to model the complex tumor microenvironment. Here, the utilization of a sacrificial bioprinting strategy is reported to generate the biomimetic mammary duct‐like structure within a hydrogel matrix, which is further populated with breast cancer cells, to model the genesis of ductal carcinoma and its subsequent outward invasion. This bioprinted mammary ductal carcinoma model provides a proof‐of‐concept demonstration of the value of using the sacrificial bioprinting technique for engineering biologically relevant cancer models, which may be possibly extended to other cancer types where duct‐like structures are involved.     

PBL教学法在细胞生物学讨论课中的应用

目的：探讨PBL教学法在临床医学专业本科生细胞生物学讨论课中的应用效果。方法：以2011级第四军医大学临床医学专业本科生为对象,随机分为PBL教学组和传统教学组,通过考试与问卷调查的方式,对应用PBL教学法的细胞生物学讨论课的教学效果进行分析与比较。结果：PBL教学组课后随堂测试成绩和学生满意度均明显高于传统教学组,PBL教学法能激发学生的学习兴趣、提高学习效率、培养学生分析与解决问题能力和团结协作的能力。结论：PBL教学法有利于提高教学效果和学生综合素质,值得在细胞生物学教学中推广和应用。     

Towards automated production and drug sensitivity testing using scaffold-free spherical tumor microtissues

Although the relevance of three-dimensional (3-D) culture has been recognized for years and exploited at an academic level, its translation to industrial applications has been slow. The development of reliable high-throughput technologies is clearly a prerequisite for the industrial implementation of 3-D models. In this study the robustness of spherical microtissue production and drug testing in a 96-well hanging-drop multiwell plate format was assessed on a standard 96-well channel robotic platform. Microtissue models derived from six different cell lines were produced and characterized according to their growth profile and morphology displaying high-density tissue-like reformation and growth over at least 15 days. The colon cancer cell line HCT116 was chosen as a model to assess microtissue-based assay reproducibility. Within three individual production batches the size variations of the produced microtissues were below 5%. Reliability of the microtissue-based assay was tested using two reference compounds, staurosporine and chlorambucil. In four independent drug testings the calculated IC(50) values were benchmarked against 2-D multiwell testings displaying similar consistency. The technology presented here for the automated production of a variety of microtissues for efficacy testing in a standard 96-well format will aid the implementation of more organotypic models at an early time point in the drug discovery process.     

A Mathematical Model of Liver Cell Aggregation <Emphasis Type="Italic">In Vitro</Emphasis>

The behavior of mammalian cells within three-dimensional structures is an area of intense biological research and underpins the efforts of tissue engineers to regenerate human tissues for clinical applications. In the particular case of hepatocytes (liver cells), the formation of spheroidal multicellular aggregates has been shown to improve cell viability and functionality compared to traditional monolayer culture techniques. We propose a simple mathematical model for the early stages of this aggregation process, when cell clusters form on the surface of the extracellular matrix (ECM) layer on which they are seeded. We focus on interactions between the cells and the viscoelastic ECM substrate. Governing equations for the cells, culture medium, and ECM are derived using the principles of mass and momentum balance. The model is then reduced to a system of four partial differential equations, which are investigated analytically and numerically. The model predicts that provided cells are seeded at a suitable density, aggregates with clearly defined boundaries and a spatially uniform cell density on the interior will form. While the mechanical properties of the ECM do not appear to have a significant effect, strong cell-ECM interactions can inhibit, or possibly prevent, the formation of aggregates. The paper concludes with a discussion of our key findings and suggestions for future work. Current address: Mathematical Biosciences Institute, The Ohio State University, Columbus, OH 43210, USA. Current address: Oxford Centre for Industrial and Applied Mathematics, Mathematical Institute, 24-29 St Giles’, Oxford, OX1 3LB, UK.     

3D生物打印在软骨修复中的应用*

关节软骨损伤后的自我修复是医学界一直在研究和探讨的难题。3D生物打印技术可以精准的分配载细胞生物材料,构建复杂的三维活体组织,在优化软骨缺损修复组织的内部结构、机械性能以及生物相容性上有很大优势,因此近年来成为软骨修复组织工程领域的研究热点。重点介绍了软骨生物3D生物打印的最新进展,包括软骨生物打印“墨水”材料的选择、种子细胞的来源以及3D生物打印技术的发展。此外,还阐述了3D生物打印技术在组织工程学应用上的部分局限性,并对其在软骨修复领域的发展与应用进行了预测。