美国宇航局3D细胞微重力培养系统

近年来,美国旋转三维细胞培养系统已经成为应用微载体技术进行细胞大规模扩增的一一种较常用细胞培养系统。该系统是基于美国航空

航天局为模拟空间微重力效应而设计的一种三维细胞培养系统。该三维细胞培养系统既可以用于微载体大规模细胞培养,又能在其内培

育细胞与支架形成的三维空间复合体。至今,近百种组织细胞均在该系统内成功进行了大规模扩增。

发明于美国NASA的上一能在体外进行的“人的三维细胞/组织培养系统已进入中国。该系统应用面广, 从癌症和爱滋病研究,到组织工程

和工业制药。该系统具有普通培养装置wu可比拟的三大特点:

(1)高分化度该系统使高分化的人体组织能在实验室中生长,模仿感兴趣的器官和肿瘤。

(1)高分化度:该系统使高分化的人体组织能在实验室中生长,模仿感兴趣的器官和肿瘤。

(2)模拟微重力:以前要在体外模拟正常组织的微环境因细胞外基质太复杂和难适应环境而受阻,而细胞外基质对于调节细胞骨架和细胞

核基质蛋白重要。该系统使分裂原本应在一起的细胞组织成分的重 力问题得到解决。

(3)三维细胞培养:普通三维细胞培养系统因要保持细胞的悬浮而产生剪切力。其破坏了细胞间和细胞与基质间的稳定,使组织和细胞集

中于自身的修复，献大影响其生长和其它的正常生理功能。发孝罐主要培养大量细菌，不适于大量培养人及其它哺乳动物细胞组织,因

很难把大量的细胞移植到发孝罐中，即使能够培养，所得的细胞数也有限且很难生成组织。而该系统行且可用于大规模生产,其细胞的成

活率平均为97%且分化度高

传统静态细胞培养是在培养瓶或皿中进行的。无论是细胞或组织均生长在二维平面空间并接触玻璃或塑料表面。这样的方式会影响细胞

中基因的表达且无法持续生长及分化。同时，平面培养的细胞还会发生“去分化"(dedifferentiation)现象使培养的细胞逐渐失去其来源组织

的许多生理特征。而大部分动态培养系统中细胞或组织是有物理的外力而悬浮的有许多包括液态剪切力在内的因素会导致细胞及组织损

伤。

该三维细胞培养系统是一种dain覆 传统的三度空间微重力培养系统。其利用培养盘或培养管柱进行培养,将培养液、细胞或组织一起加入

培养盘或培养管柱中，并去除所有气泡。培养盘或培养管柱安装于具旋转马达之基座上,内部组织、细胞或细胞团块因旋转切线力量及重

力双重影响下而保持悬浮状态。随着细胞或组织成长，旋转速度可做调整,细胞形成团块之后,必须提高转速使其不会沉降而碰触底部。

旋转的目的是要让所有细胞均匀交换养分和气体,并且细胞和细胞之间可有足够的接触，有利于细胞聚集。另外,不论是培养盘或培养管

柱背侧均具备硅胶制成的换气膜以利进行气体交换,使细胞/组织得到充分氧气及排除代谢后的废气。

生长其中的细胞或组织是以自由落体的状态悬浮, 没有搅拌器、气泡等破坏性压力, 故组织在培养液中得以自由降落、翻转并与培养液

充分混合,其容器内各方向的力量达到平衡,所以细胞/组织不会受到单一方向的力量影响,可朝任意方向均匀生长是市面上一可使细胞

自由生长分化,增加细胞增殖速率,减少细胞死亡和有效增加细胞产物分泌的系统。而且,相比其他的三维细胞培养系统,该三维细胞培

养系统可以克服长期困扰三维细胞培养的内生(ingrowth)不足的限制,从而可以真正用来培养工程组织(engineered tissue),使之用于药

物、医学研究及再生医学、细胞疗法。

该三维细胞培养系统将细胞研究芾入更多元化、更进一步的领域,应用范围十分广 泛,无论在学术研究或临床研究上都有相当的应用价

值。无论是培养人体组织以进行治疗药物的研究,或是培养替代的组织，进行再生医学及细胞治疗,例如肝脏、皮肤、骨髓、软骨、心

肌、肺或其他组织等，均提 供了佳的研究系统,以达到接近体内环境的条件科学家更可利用此系统进行肿瘤细胞、病毒或其他可生产蛋

白质、酵素、荷尔蒙、抗原或抗体等重要物质的细胞的培养。该三维细胞培养系统还提供了ex vivo培养环境,研究者可利用RCCS以探

讨微环境因子，对细胞分化和功能的影响。

在该三维细胞培养系统内使用肝细胞培养的肝脏组织