• 3D干細胞模型

       2018-06-08 15:55:38

    人類干細胞被認為是醫療領域的新希望。在未來,它們有望用于治療大范圍的疾病,例如神經退行性疾病。來自Fraunhofer的研究人員開發了一種稱為LabBag一體化的系統,它是一個透明的袋子,能夠為科學家提供低廉的、快速的、無菌的方式,用于干細胞的生長、鑒別以及冷凍,所產生的細胞模型可以用于獨立測試和藥物開發。在成功測試了這個系統后,研究人員將在11月13日至16日在德國杜塞爾多夫的MEDICA貿易博覽會上展示了一個原型。

    全世界的科學家都在尋找通過干細胞治療疾病的方法。這些細胞提供了開發新的治療方法和藥物的潛力。干細胞材料使得我們可以用一種前所未有的方式來進行疾病的研究。此外,最新的研究表明,3D細胞模型可以更準確地反映人體的狀況。這些細胞聚集體主要是在無菌的條件下,在液滴狀的營養溶液中產生。在未來,我們需要以廉價和可靠的方式完成這一過程。

     
      作為LabBag項目的一部分,Fraunhofer生物醫學工程研究所,Fraunhofer表面工程和薄膜材料研究所,以及Fraunhofer工藝工程和包裝IVV的研究所匯集了他們的專業知識,開發了一個塑料袋形式的微型實驗室。在這個袋子里,人類誘導的多能干細胞可以在無菌環境中生長并形成3D聚集體。這些細胞可以成為制藥工業用于患者或疾病特異性的藥物開發,以及對活性成分進行研究的測試系統。
     
      到目前為止,干細胞聚集可以通過使用移液機器人系統或手動移液的方式生產,前者需要昂貴的購買和維護成本,而后者是勞動和時間密集型模式,對于人力有著相當大的耗費。在培養皿中手動吸移需要大量的練習,而且也有污染的危險。Fraunhofer研究人員開發的“袋子里的實驗室”旨在降低勞動力和材料的成本,同時顯著提高細胞的產量和過程的可靠性。Labbag的操非常簡單只需搖動透明的袋子,僅僅幾秒鐘的時間就能產生幾百滴懸掛的營養液,幾乎是自動的。首先,將含有干細胞的營養溶液倒入袋子中。袋子被旋轉一次,然后回到最初的位置。在此過程中,液滴仍懸浮在親水點周圍。這些液滴作為微型生物反應器,想要的3D細胞聚集體可以在其中形成。這些細胞沉到液滴的底部,它們結合在一起,融合成一個固定的三維聚合體。
     
      Fraunhofer的項目管理者科學家MichaelThomas博士解釋說,“我們在聚合物膜上涂上了兩種不同的涂層”。一層是疏水的,疏水的基層確保含有蛋白質的營養液在表面流動,卻不會粘附在上面。第二層由150個親水的圓斑組成,每一個直徑為5毫米。營養液就會被這些斑點捕獲,從而產生液滴。
     
      每一滴的體積約為20微升,3D細胞模型的大小約為400微米。通過改變袋子表面上斑點的直徑,可以調整團聚體的大小。目前,Neubauer博士和她的團隊需要大約72小時的時間來生產懸浮液滴的聚合體。“我們將LabBag描述為一個微型GMP實驗室,它符合所有的要求,封閉的、無菌的系統使得污染的風險很小。”Neubauer博士強調,“最終,我們可以為藥物研究生產出更好的細胞模型,從而避免在動物身上進行實驗。”
     
      LabBag?的優點之一是細胞模型甚至可以直接在袋子里凍結。與人工吸液不同的是,不再需要將材料轉移到單獨的低溫容器中。如何優化低溫貯藏——也就是冷凍細胞,就要依賴于Fraunhofer IBMT的職責了。此外,這一研究所還負責培育干細胞,并對3D聚集體進行表征和分析。“我們關注的是生產誘導多能干細胞(iPS),因為這些干細胞有可能發展成身體內的任何細胞,也有可能發展成任何組織或特定類型的組織。與胚胎干細胞不同的是,它們不會引發任何倫理爭議”,Fraunhofer IBMT的生物學家Julia Neubaue說。干細胞變成特定的形狀和功能,以完成某些任務,這使得開發患者的特異性藥物成為可能。Neubauer博士和她的同事們正專注于心肌細胞的分化,并且已經成功地將iPS細胞分化為這種類型的細胞。
     
      這款一次性塑料袋的原型所營造的微型GMP實驗室為制藥工業提供了一個機會,同時,它也提供了一種適合小型實驗室,不需要潔凈間的技術。即使在沒有高投資成本的情況下,這一技術仍然可以為藥物研究提供高質量的細胞模型。
     

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