《生物制造》:世界首个体外三维肿瘤模型构建成功

<正>清华大学机械工程系"千人计划"特聘教授孙伟课题组运用自主开发的细胞三维打印技术,在世界上首次构建出Hela细胞(一种子宫颈癌细胞)的体外三维肿瘤模型。相关研究发表于最新一期的《生物制造》(Biofabrication),英国广播公司也对此成果进行了报道,并称之为"令人着迷的技术进展"。据了解,三维打印构建的癌细胞三维结构能够更好地反映体内肿瘤的生长和发育情况,是一种更接近体内癌细胞病变特性的肿瘤模型。其对     

研发动态

<正>清华大学和中国医科院打印出世界首个体外肿瘤模型清华大学机械工程系特聘教授孙伟课题组与中国医学科学院肿瘤医院程书钧院士课题组合作,运用自主开发的细胞三维打印技术,在世界上首次构建出Hela细胞(一种子宫颈癌细胞)的体外三维肿瘤模型。相关研究发表于最新一期的《生物制造》杂志。三维打印构建的癌细胞三维结构能够更好地反映体内肿瘤的生长和发     

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。     

内部结构可控的大体积三维细胞支架制备研究

目的：研究一种可以控制三维细胞支架内部孔隙结构的实验技术,用于制备孔隙结构可控的三维细胞支架,以满足组织工程对支架孔隙结构的要求。方法：均匀混合粘结剂与致孔剂,在离心力作用下去除混合物中多余的粘结剂,应用溶剂浇注/颗粒沥析方法制备三维细胞支架。结果：致孔剂粘结块的结构非常均匀,粘结程度可以通过实验条件控制。例如,直径为100~220μm的致孔剂,在离心力为161g,粘结剂浓度分别为20％和40％时,颗粒间粘结程度分别为33.78±556 (134)μm和42.89±5.87 (132) μm。并且,利用该技术制备的三维多孔支架,其内部孔隙大小取决于致孔剂颗粒大小,孔隙间的通道直径取决于致孔剂的粘结程度,即离心粘结与溶剂浇注/颗粒沥析技术相结合,能够方便地控制三维支架的孔隙结构。例如,当粘结程度为33.78±556 (134) μm时,支架的通道直径为33.34±5.21(12)μm,两者之间无显著差异。 结论：利用离心粘结与溶剂浇注/颗粒沥析技术结合,获得了孔隙呈球形、孔隙间完全连通的、结构均匀的大体积三维细胞支架,并且支架的孔隙以及孔隙间通道大小均可以实现人为控制。     

溶剂浇铸/颗粒沥滤技术制备组织工程支架材料

生物可降解多孔三维细胞支架是组织工程化组织构建的基础。溶剂浇铸粒子沥滤技术是最简便、也是研究最广泛的一种多孔三维细胞支架制备技术,随着各种改进方法的出现,溶剂浇铸粒子沥滤已成为组织工程用多孔三维细胞支架的理想制备技术 。     

胚胎肝细胞用于肝组织工程的体外培养研究

目的:观察三维受控组装系统下,胚胎肝细胞在三维立体结构的体外生长状态,探讨胚胎肝细胞在肝组织工程中应用的可行性。方法:用清华大学机械工程系研制的"三维受控组装系统",将第15 d小鼠胚胎肝细胞作为肝组织工程的种子细胞,与以明胶为主的复合材料混合,构建成复杂三维立体结构,观察其体外生长发育状态。对体外培养1周及4周的三维类肝组织标本进行苏木精-伊红(HE)染色,免疫组织化学方法检测甲胎蛋白(AFP)及白蛋白(ALB)的表达,并对体外培养4周的三维类肝组织用PAS显色法检测肝糖原表达。结果:HE染色结果显示体外培养的胚胎肝细胞在三维支架材料中,可形成含有类血管和肝组织样结构;体外培养1周的类肝组织AFP表达呈阳性,体外培养4周的三维类肝组织ALB表达呈阳性,PAS显色亦呈阳性。结论:在三维受控组装系统的构建下,呈立体状生长的胚胎肝细胞,可逐渐形成肝组织样结构,并显示一定的肝脏功能。     

细胞打印技术及应用

细胞打印技术是一种在体外构造具有生物活性的三维多细胞体系的先进技术。近年来,有关细胞打印技术的研究引起广泛的关注,其原因在于该领域具有明显的学科交叉与渗透融合的特点,它处于生命科学与快速成型技术、生物制造技术、生物科学和材料科学的交汇点。更加值得关注的是它为组织工程学突破二维研究的局限性,在三维尺度上精确控制与人体组织或器官相似的三维构造体方面的研究提供了一种新的思路。基于这一技术不仅在三维组织工程,还对细胞生物学、高通量药物筛选及细胞传感器等方面的前沿问题均有广阔的研究应用前景,介绍了近年来开发用于细胞打印的技术及其潜在的应用。     

细胞三维培养：组织工程的关键技术突破口

组织工程是有望从根本上解决组织,器官缺损或失能的医学难题的一门新兴边缘学科,组织,器官发育的细胞和分子机制的进一步揭示和体外构建工程组织,器官的细胞培养技术的进步将使组织工程在新的千年成为广泛应用的新的治疗模式。细胞三维培养要成为体外构建工程组织,器官的成熟技术体系需先解决以下问题;（1）细胞;（2）生物材料;（3）培养基;（4）培养装置;（5）异型细胞的共培养;（6）细胞三维培养物血管化。     

海绵状的小肠粘膜下层促进成骨样细胞增殖分化

目的:观察人脂肪干细胞(hADSCs)诱导分化的成骨样细胞在海绵状的猪小肠粘膜下层(SIS)表面的生长情况,探讨三维立体海绵状的SIS能否促进成骨样细胞的增殖和分化.方法:采用物理和化学结合的方法将猪近段空肠制备成脱细胞的SIS,再将薄膜状的SIS经液氮低温研磨制成微粒,交联后采用冷冻干燥技术重塑形为海绵状的SIS;原代培养hADSCs,流式术检测表面抗原,诱导其成骨、成软骨、成脂分化并染色鉴定;将诱导的成骨样细胞与海绵状SIS复合培养,扫描电镜观察细胞形态;应用SIS材料浸提液培养成骨样细胞,MTT法检测细胞增殖情况,ALP活度检测成骨分化情况.结果:脱细胞的SIS未见有核物质,海绵状的SIS呈三维立体状,具有大量均匀一致的孔隙;原代培养的hADSCs表达干细胞相关抗原,并可分化为成骨样细胞,茜素红将钙结节染成紫红色.成骨样细胞与海绵状SIS复合培养后,细胞生长旺盛增殖能力强,ALP表达量明显增加.结论:海绵状的SIS具有均匀的三维孔隙,细胞相容性好,能明显促进hADSCs来源的成骨样细胞的增殖及成骨分化,可成为骨组织工程新型的三维立体天然生物衍生材料.     

在三维结构上对百合花粉母细胞actin的免疫定位

传统的切片仅仅能够显示样品的平面结构,不能用于细胞中三维网络结构的研究。笔者在DGD(diethylene glycol distearate)包埋去包埋的基础上,结合电镜免疫胶体金技术对大卫百合花粉母细胞胞间及胞内细胞的骨架系统进行了研究,观察到高反差细胞微梁结构的三维网络,actin这一细胞骨架的主要成员被定位在该微梁结构纤维上。三维结构上的研究表明,actin不但是植物细胞核及细胞质骨架的成员,而且也存在于胞间连接结构(胞质桥和胞间连丝)中,推测它可能与细胞融合有关。实验结果同时表明,三维结构免疫胶体金技术对于细胞骨架和核基质的结构蛋白研究是行之有效的。     

模拟微重力条件下WB-F344细胞的三维培养

与传统的单层平面培养相比,细胞三维培养可更好地模拟生物体内细胞的生长状态和微环境。以Cytodex-3微载体为支持物,利用旋转式细胞培养系统(RCCS)模拟微重力条件,悬浮培养法构建大鼠WB-F344细胞微重力三维培养模型。并通过细胞计数、光学显微镜、透射电镜、逆转录-聚合酶链反应(RT-PCR)和流式细胞术等方法分析了细胞增殖、显微结构、粘附分子及钙粘蛋白(E-cadherin)表达情况。结果表明,模拟微重力三维培养条件下WB-F344细胞增殖块,呈紧密多层排列、可见丰富的微绒毛和线粒体、胞间有桥粒和紧密连接形成,细胞粘着力加强、表现出良好的三维生长特征;与静置三维培养相比,纤粘连蛋白(Fn)mRNA表达呈上调趋势,细胞内E-cadherin表达量增加,这可能是微重力效应下细胞粘附力增强的部分机制。该培养体系可能有利于细胞之间,细胞与胞外基质之间相互作用及其作用机制的研究。     

回眸中国2013年细胞重编程研究

<正>2012年诺贝尔奖生理学或医学奖授予约翰·格登(John Gurdon)和山中伸弥(Shinya Yamanaka),以奖励他们发现了成熟细胞可以被重新编程而具备多潜能性。自此,诱导多能干细胞(iPSC)也变得家喻户晓。细胞重编程是指利用诱导因子,把已分化的细胞恢复为全能或多能干细胞的一种技术。这项技术使得成体细胞"返老还童"为干细胞变     

三维打印皮肤组织研究进展

生物三维打印技术可以在计算机控制下,将多种生物材料和细胞精准定位组装到设计位置形成三维类组织,是目前制造复杂多层结构皮肤组织最具潜力的新技术.本文在分析人体皮肤结构和组成基础上,首先综述了生物三维打印皮肤的结构建模、生物材料和种子细胞等基本流程和关键要素;然后系统介绍了激光打印皮肤、喷墨打印皮肤、连续挤出打印皮肤和原位打印皮肤的原理和研究现状,总结了它们的优缺点;在此基础上,探讨了三维打印皮肤技术未来的发展方向,系统归纳了生物三维打印皮肤在临床治疗、药物筛选和基础研究领域的价值.     

研发动态

<正>清华大学解析出基因剪接的基础结构清华大学生命科学学院施一公研究组近日得到近原子分辨率的剪接体三维结构和剪接体对前体信使RNA执行剪接的基本工作机理,从而将分子生物学"中心法则"在分子机理的研究上大幅度向前推进。成果以两篇背靠背研究论文形式发表在《科学》杂志。第一篇文章题为《3.6埃的酵母剪接体结构》,报道了通过单颗粒冷冻电子显微镜(冷冻电镜)方法解析的酵母细胞剪接体近原子水平分辨率的三维     

离心粘结法制备孔隙连通的三维细胞支架

目的:改进多孔支架制备技术,使多孔支架具有孔隙结构均匀、孔隙连通性良好的特性。方法:间歇离心技术与湿度粘结方法结合,改善致孔剂粘结的均匀性;溶液浇注/颗粒沥析技术制备三维多孔细胞支架;扫描电镜观察支架的孔隙结构,原子吸收光谱检测致孔剂残余,力学实验仪与重量法表征支架的其它物理性能与制备条件的关系。结果:三维多孔支架的孔隙呈球形、分布均匀、孔隙相互连通、通道呈规则的圆形;支架中无残余致孔剂。以聚乳酸为原料制备的支架,其孔隙率、压模量、吸水率分别高达94.7±0.5%、509±6kPa、208.2±20.3%。结论:间歇离心粘结--溶剂浇注/颗粒沥析技术,能够制备出孔隙结构均匀、孔隙相互完全连通的三维细胞支架,支架的孔隙大小和通道尺寸人为可控,支架的孔隙率和强度高,孔隙结构符合组织工程的要求,是一种比较理想的三维细胞支架制备方法。     

采用三维模型探索香烟烟雾提取物(CSE)对A549细胞的影响

本研究采用D-型和L-型自组装短肽作为纳米纤维支架材料进行细胞三维培养体系平台,探索香烟烟雾提取物(CSE)诱导人类Ⅱ型肺泡上皮(A549)细胞氧化损伤后,考察其细胞行为在二维和三维微环境下的差异。A549细胞分别在二维和三维环境中用不同浓度的CSE溶液诱导24 h、48 h或72 h之后,进行细胞增殖活力,乳酸脱氢酶(LDH),细胞周期,细胞凋亡检测,以及运用吖啶橙/溴化乙锭(AO/EB)和4',6-二脒基-2-苯基吲哚二盐酸盐(DAPI)染色观察A549细胞形态。结果表明,与二维环境相比,在三维环境中细胞活力更高,LDH释放量较少,细胞凋亡减少。细胞的周期分布检测表明,随着CSE浓度的增大,发生G1期阻滞;当15%,50%CSE作用时,与二维环境相比,三维培养环境中的G1期细胞比例更低,G2期和S期更高,G1期阻滞减弱。上述结果均表明D-型和L-型肽手性自组装短肽能够构建出适于A549细胞生长、增殖的三维微环境,并能模拟细胞胞外基质,对细胞形态、增殖、周期及凋亡等有重要影响。     

三维细胞培养技术应用于肿瘤细胞的研究进展

三维细胞培养是一种模拟细胞在体内微环境生长的新兴培养技术。在三维支架中细胞能以三维空间的方式生长,并以三维方式与周围的微环境交互作用,能充分体现肿瘤细胞的黏附、侵袭及远端转移过程,可作为动物模型和二维培养模型之间的桥梁。三维细胞培养技术广泛应用于肿瘤模型构建、肿瘤细胞生理学研究以及肿瘤耐药机制分析等的研究。     

神经元单层细胞电镜原位包埋方法的探讨

为探究神经元单层细胞电镜原位包埋方法,该研究以体外培养的大鼠皮层神经元单层细胞为材料,采用了三种不同的方法进行样品制备。结果表明,常规悬浮离心包埋法容易对细胞造成机械损伤,且无法保持原位性;培养在玻璃盖玻片上的细胞,虽能保持较好的原位性,但其超薄切片表层易破碎,遇水溶解,且在透射电镜下可见细胞整体衬度弱和超微结构不完整;而培养在Thermanox塑料薄膜盖玻片上的细胞,可容易观察到相邻细胞间的紧密连接,超微结构清晰,衬度较前组样品好,三维重构之后可很好地显示神经元细胞之间的毗邻关系。因此,相比前两种细胞制样方式,Thermanox塑料薄膜上单层细胞处理过程简便,成功率高。该结果为神经元细胞超微结构的形态学研究进一步提供技术新思路,并有望推动神经元细胞超微结构观察中三维重构技术和光镜/电镜联用技术的开发应用。     

电子断层成像技术及其在细胞生物学中的应用

电子断层成像技术（electrontomography）是近年来发展起来一项三维成像技术,可以在纳米分辨率（2-10nm）水平上获得生物大分子及其复合物或聚集体、细胞器、细胞以及组织的三维结构,而且可以用于研究生物大分子在细胞中的定位、排列、分布以及相互作用,已逐渐成为细胞生物学领域中的一项重要技术手段。该文针对这项技术及其在细胞生物学中的应用作一简要介绍。     

肿瘤治疗中的多细胞耐受性与三维细胞培养

肿瘤治疗中的多细胞耐受性是由于体内肿瘤具有三维结构而产生的对药物、射线等作用的耐受性。近年来人们利用体外三维细胞培养技术研究多细胞耐受性,发现其机制主要为三维结构相关的耐受性和接触性耐受性,并发现一些逆转或减弱多细胞耐受性的方法,显示了其作为临床肿瘤单独治疗或联合治疗的应用前景。