3D细胞培养水凝胶

简介
何为水凝胶？
水凝胶的特点和优势
水凝胶选择指南

简介

细胞在其自然环境中被一种复杂的细胞外分子网络包围，即所谓的细胞外基质（ECM）。该网络以生物化学相互作用的形式为周围细胞提供结构和功能。经典 2D 细胞培养技术因缺少（或广泛减少）这种网络环境而具有局限性，因此，已经开发出多种方法来模拟这种细胞外环境。在这些不同的方法中（水凝胶或刚性支架等支架类，低粘附培养板等无支架类，或用于球状体形成的悬滴），使用最广泛的方法是水凝胶。

何为水凝胶？

水凝胶可以定义为聚合物吸水溶胀形成的网络结构。大多数水凝胶在4度或室温下为液体状态，而在37 °C孵育时形成凝胶。利用这种特性，通过在形成凝胶前将细胞溶液与水凝胶混合，可以将细胞嵌入水凝胶中：然后,将混合物分配到细胞培养容器中，在凝胶化过程中，细胞将被包封在凝胶中。与经典 2D 细胞培养相比，采用 3D 培养的、嵌入凝胶中的细胞在置于其自然环境中时可恢复不同的特性。

水凝胶特点

• 与经典的平面二维细胞培养相比，细胞可以生长为更接近生理状态的形状（三维）
• 有些水凝胶可定制，从而更好地模拟自然环境
• 可以调整环境的刚度/硬度，使其与来源细胞组织的自然刚度匹配
• 无需复杂的实验方案、材料或设备，即可在水凝胶中生长细胞

水凝胶选择指南

用于3D细胞培养的第一代水凝胶使用ECM组分；下一代水凝胶系统更为复杂，通过从Engelbreth-Holm-Swarm（EHS）鼠肉瘤细胞基底膜（ECM水凝胶）提取ECM聚合物而产生。为满足特殊需求并为每种细胞和应用选择最佳的水凝胶，已经开发出了新一代的合成、杂化和肽类材料。遗憾的是，上述水凝胶无不同时具备优缺点（表1）。

*有些水凝胶具有生物活性，可以与细胞发生相互作用。这有时会干扰您的实验结果

ECM凝胶（E1270，E6909）：这些水凝胶基于从EHS鼠肉瘤细胞基底膜中提取ECM的原始实验方案，可提供非常丰富的环境，与细胞发育高度兼容，但它们含有小鼠生长因子（E6909 是E1270的低生长因子版）。主要成分是层粘连蛋白、IV型胶原蛋白、硫酸乙酰肝素蛋白聚糖和巢蛋白。这些水凝胶通过在20至40 °C之间进行热活化而形成凝胶，并且胶凝过程是可逆的。（蛋白质浓度：8-12 mg / mL）。ECM凝胶已成功用于多种应用，包括分析乳腺癌细胞系的收缩性和侵袭潜力²，或用于体外毛细管网络形成³。

MaxGel^™ 人细胞外基质：MaxGel^™ 人细胞外基质是 EHS 鼠肉瘤细胞基底膜提取物的人源替代品。它是通过人成纤维细胞和人上皮细胞的体外共培养并提取基底膜成分而获得的。本品与ECM凝胶或Cultrex凝胶一样，含有细胞外基质成分，包括胶原蛋白、层粘连蛋白、纤连蛋白、腱生蛋白、弹性蛋白、多种蛋白聚糖和糖胺聚糖。Maxgel已成功用于人类iPSCs的胚状体形成⁴、癌细胞侵袭或迁移分析。

组织特异性dECM水凝胶为从生活细胞中分理出组织天然细胞外基质，需采用脱细胞化过程，所得的脱细胞细胞外基质（dECM）支架可用于细胞培养和组织工程应用。相对于其他肿瘤来源基底膜提取物，这类 dECM 水凝胶支架可提供更具生理相关性的环境，提高细胞生长速度——无需使用任何外源生长因子。

PhotoGel 水凝胶：光交联水凝胶试剂盒包含优质改性天然水凝胶，包括甲基丙烯酸化 I 型胶原蛋白(PhotoCol^®)、明(PhotoGel^®)或透明质酸 (PhotoHA^®)以及光引发剂（Irgacure^® 2959、LAP或钌）以及优化缓冲液和溶液，适合各类3D细胞培养或生物打印应用。

Hystem^®：Hystem^®平台基于化学合成的透明质酸，后者是ECM的主要成分。根据您正在研究的细胞类型，可以在平台中选择最合适的配方：透明质酸（含交联剂），或包含胶原蛋白（GelinS），含或不含硫酸乙酰肝素。由于它不是生物提取物，因此，它可以更好地控制细胞环境的组成：控制生长因子掺入、粘附因子掺入、ECM蛋白掺入、水凝胶硬度。Hystem^®试剂盒最适合用于培养天然环境中富含透明质酸的干细胞，但它们也已成功用于组织工程等其他应用。

TrueGel3D^®仿生合成水凝胶：TrueGel3D^® 水凝胶是通过将聚合物与交联剂混合而形成的生物化学成分明确的水凝胶。本品可用于模仿天然细胞外基质（ECM）的关键特征，包括ECM蛋白。它们通过支持细胞粘附和蛋白质螯合，产生类似于软组织的天然细胞环境。TrueGel3D^®水凝胶平台支持灵活选择自定义成分系统或选择定制细胞环境（胶凝时间，硬度，生物活性成分整合）。本品已被证明适用于多种应用，包括囊肿形成、癌症与基质细胞的共培养或球状体形成。

TrueGel3D^® HTS水凝胶板：TrueGel3D^® HTS水凝胶板是一种即用型解决方案，可通过简单且支持自动化的方式使用全合成水凝胶轻松构建3D细胞培养体系。96 孔聚苯乙烯玻璃底板含有预制合成官能化PEG基水凝胶。这类创新水凝胶可使整个孔中的交联密度逐渐增加。用户无需进行任何水凝胶制备或封装步骤，可以直接接种细胞。