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常见问答
基于细胞片的生物工程-生物反应器心肌细胞培养技术
来源: 苏州阿尔法生物 时间:2022-02-10

    生物工程的功能性心脏组织有望促进受损心脏组织的修复。研究者曾使用生物反应器通过小鼠胚胎干 (mES) 细胞衍生的心肌细胞开发了心脏细胞片,这是一种从 ES 细胞产生适当数量的心肌细胞的系统,其潜在机制仍然难以捉摸。

      在研究实验中,研究者使用三维生物反应器通过胚状体形成建立了具有适合mES细胞扩增和心脏分化条件的培养系统。每日常规培养基更换未能防止培养基中乳酸积累和 pH 值降低,从而导致细胞扩增和心脏分化不足。反过来,连续灌注系统保持了乳酸浓度和 pH 值的稳定性,并使细胞数量增加了多达 300 倍的接种细胞数量,并在分化 10 天后促进了心脏分化。经过 8 天的培养和纯化步骤,大约 1×10在 1-L 生物反应器培养物中收集了8个心肌细胞,并用头蛋白和粒细胞集落刺激因子进行额外处理,使心肌细胞数量增加到约 5.5×10 8。mES 细胞衍生的心肌细胞与适当数量的原代培养成纤维细胞在温度响应培养皿上共培养,能够形成心脏细胞片并形成分层致密的心脏组织。这些发现表明,这种具有适当培养基的生物反应器系统可能能够为基于细胞片的心脏组织制备心肌细胞。

生物反应器

       在快速发展的再生医学领域中,基于细胞的疗法已成为心脏移植治疗受损心脏组织的有希望的替代方案。研究者之前开发了一种原始的无支架组织工程技术,称为“基于细胞片的组织工程”,使用与温度响应性聚合物聚( N-异丙基丙烯酰胺)共价结合的温度响应性培养皿。降低培养温度可促进表面从疏水性快速转变为亲水性,这使研究者能够收集可行的单层细胞片,并完全保存细胞-细胞接触和细胞外基质. 许多研究报道,使用各种类型的细胞进行基于细胞片的移植可以改善受损心脏的心脏功能。然而,最近的证据表明,来自移植细胞的分泌因子介导的旁分泌作用、血管生成和心脏保护可能是细胞移植介导的心脏功能改善的主要机制。事实上,这些影响可能是创造可移植的生物工程增厚心脏组织的先决条件,直接导致收缩。

生物反应器系统

        创建生物工程心脏组织移植物的方法已经建立了数十年,研究者之前曾报道,将三层新生大鼠心脏移植物重复移植到体内皮下组织上,可以产生约 1 毫米厚的心脏组织。然而,哺乳动物心肌细胞在出生后不久就失去了增殖能力;因此,胚胎干细胞(ES)和诱导多能干细胞(iPS)等多能干细胞是有前途的心肌细胞来源。

      已经开发了各种方法用于 ES 和 iPS 细胞的扩增和心脏分化,胚状体(EB)悬浮培养已被广泛用作一种易于扩展的方法。Zandstra 等人报道了使用转瓶培养用于心肌细胞生产的小鼠 ES (mES) 细胞的可扩展培养 ,Wang 等人报道了使用旋转细胞培养系统进行心肌分化的 mES 培养。研究者报道了 mES 细胞在转瓶中增殖并分化为心肌细胞,并且源自 mES 细胞的心肌细胞片具有在细胞片上传播的电生理功能 . 然而,当mES细胞在转瓶中培养时,随着细胞增殖,细胞培养条件难以稳定维持,这可能会影响细胞的生长、分化和活力。最近的报告表明,具有氧气控制和自动填充和抽取培养基更换的 生物反应器系统可以提高心肌细胞的产量。然而,尚不清楚来自生物反应器系统的心肌细胞是否适合制造心脏细胞片。

细胞培养条件

    在本研究中,研究者使用基于三维生物反应器的悬浮培养系统创建了分层的心脏细胞片,用于扩增 mES 细胞和心肌细胞。

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