2008년 5월 21일
주로 monolayer 문화 - - 종종 차별화된 기본 세포가 상대적으로 짧은 수명을했고 문화 중에 드 차별되는 단점을 앓고 체외 배양 시스템에서 과거 많은에서. 그 결과, 그들의 장기 특정 기능의 대부분은 급속하게 손실되었다. 따라서 체외에서 이러한 세포에 대한 더 나은 조건을 재현하기 위해, 수정 및 adaptations는 기존 monolayer의 문화되었습니다.
제 이름은 칼란(Karlan)이고, 생물계면 연구소(Institute for Biological Interface)에서 생물물리학자로 일하고 있습니다. Cal Screw Institute of Technology에서는 기능성 조직의 배양을 위한 생물반응기 및 표면 변형 3차원 골격을 개발하고 줄기 세포 연구를 위해 주로 세포와 인공 환경의 상호 작용에 관심이 있습니다. 2003년 네이처(Nature) 사설은 플랫 바이올로지(flat Biology)에 의해 이 질문을 던졌는데, 그 질문은 이것에 의해 함축된 것은 무엇인가 하는 것이다.
과거에는 주로 단층 배양물을 중심으로 한 많은 체외 배양 시스템이 예를 들어 분화된 일차 세포의 수명이 상대적으로 짧고 배양 중에 분화가 되지 않는다는 단점이 있었습니다. 이는 대부분의 장기 특이적 기능을 매우 빠르게 상실했다는 것을 의미합니다. 따라서 in vitro에서 이러한 세포에 대해 더 나은 조건을 재현하기 위해 기존의 단층 배양에서 다양한 변형과 적응이 이루어졌습니다.
그리고 여기에는 배양 배지의 조성과 세포가 주로 단층을 형성하는 배양 용기의 코팅 생성이 포함됩니다. 그리고 이러한 모든 접근 방식은 세포 매트릭스 상호 작용과 세포 간 통신의 중요성을 나타냅니다. 또 다른 중요한 측면은 세포 특이적 맥락(cell specific contexts)의 확립인 것으로 보이며, 이는 예를 들어 생체내에서 많은 세포의 공통적인 특성인 간극연접 복합체(gap junctional complex)에 의해 실현됩니다.
기존의 단층 배양에서는 갭 접합 커뮤니케이션이 빠르게 손실됩니다. 오랫동안. 소위 스테로이드 기술을 사용하여 세포의 배열과 같은 조직을 어느 정도 시험관에서 재확립하는 것이 가능합니다.
우리 실험실의 예는 성체 ru hepatocytes조차도 스테로이드를 형성할 수 있고 이러한 응집체에서 최소 몇 주 동안 생존 가능한 상태를 유지할 수 있음을 보여줄 수 있다는 것입니다. 간세포는 서로 밀접한 접촉을 유지하여 세포 통신을 촉진하여 간세포 특이적 기능을 안정화합니다. 그러나 우리는 또한 이러한 기존의 3차원 배양 기술에 몇 가지 단점이 있다는 것을 발견했습니다.
집계 크기가 중요합니다. 이들은 큰 응집체 직경에 대해 괴사를 유발할 수 있으며, 대부분의 경우 중간 부피 대 세포 비율은 부적절합니다. 또한 전단력과 스피너 배양이 문제가 될 수 있습니다.
살아있는 유기체의 장기 및 조직은 그 중에서도 매우 높은 세포 밀도를 특징으로하며, 이러한 조직 층을 통한 물질의 적극적인 수송을 지시하는 것도 중요한 특성입니다. 따라서 사실적인 유기형 체외 조직 모델은 이 자연 구조를 가장 밀접하게 구축해야 합니다. 그리고 이러한 시스템의 제한에 대한 필수 결정 요인은 매체 대 세포 부피의 적절한 비율입니다.
앞서 말씀드렸듯이, 세포 응집체의 3차원 배양을 위해 균일한 크기의 용기를 제공하는 정밀하게 마이크로 구조의 폴리머 스캐폴드 형태의 적절한 세포 하우징을 설계했습니다. 폴리머 스캐폴드의 경우 PMMA 또는 PC 폴리에테르, ate 또는 폴리카보네이트를 사용하는 것이 바람직합니다. 그리고 이것은 1 평방 센티미터의 미세 구조의 발바닥 장치로 구성되며, 1000 개 이상의 용기가 조밀하게 배열되어 있습니다.
세포 응집체의 3차원 배양의 경우 몇 주에 걸친 3D 세포 배양에 적합한 것으로 나타났습니다. 그리고 어레이에 있는 이러한 작은 입방체 용기 각각은 약 300마이크로미터의 모서리 길이를 갖습니다. 이 비계와 주변부의 특별한 디자인은 인큐베이션 챔버를 의미합니다.
엑터 매체 및 가스 공급은 다양한 매체 공급 모드를 허용합니다. 첫 번째 과융합. 이는 조직의 양쪽이 영양 배지에 의해 별도로 공급되고 두 번째로 관류가 공급된다는 것을 의미합니다.
이는 매체 흐름이 조직층을 관통하도록 강제된다는 것을 의미합니다. 관류 모드는 생체 내 혈관화를 더 잘 모방하는 조건을 만드는 데 사용할 수 있지만 관류와 초융합의 혼합 모드도 가능합니다. 다양한 세포 선박 세대가 개발되었습니다.
각 세대는 특별한 응용 프로그램의 요구 사항을 충족하기 위해 특정 설계로 사용할 수 있습니다. 예를 들어, 단일 및 이중 선박 생물 반응기의 설계는 물론 별도로 주소 지정 가능한 다중 역가 배열 또는 고도로 병렬화된 분산(Variance)이 구축되었습니다. 지난 세대의 업 스케일 버전으로 이러한 다양한 형태 중 소위 마이크로 열 성형 용기, 특정 기술이 개발되었으며, 이는 여기에서 이러한 3D 성형 용기의 전체 표면을 수정할 수있는 추가 가능성을 제공하며, 신호 분자가있는 표면 패터닝 및 서브 미크론 스케일도 가능합니다.
또한 센서 및 신호 전극을 통합할 수 있습니다. 응용 분야는 기초 연구 및 세포 생물학에서 독성학 및 약리학에 이르기까지 다양하며 가능한 한 고처리량 스크리닝도 가능합니다. 마지막에 매우 중요한 점은 당사의 마이크로 열 성형 칩의 마지막 세대가 저렴한 대량 생산을위한 프로세스를 허용하여 다른 실험실에 적용 할 수 있도록 최적화되었다는 사실입니다.
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이 기사는 체외 시스템에서 전통적인 단층 배양의 한계, 특히 1차 세포의 짧은 수명과 분화 소실에 대해 논의합니다. 기관 특이적 기능을 유지하기 위한 개선된 배양 조건의 필요성을 강조합니다.
Transitioning from monolayer to 3D scaffold-based bioreactor systems addresses critical limitations in cell viability and functional maintenance, directly impacting early discovery and translational research. Surface-modified micro-thermoformed containers enable more physiologically relevant in vitro models, supporting predictive confidence in preclinical studies and scalable assay development. These advances facilitate risk-adjusted portfolio decisions by improving the fidelity of disease-relevant systems for pharmaceutical R&D.
Surface-modified 3D scaffolds and bioreactors integrate from early discovery through lead identification and preclinical validation, enhancing the reliability of in vitro models across the R&D continuum.