肝细胞是肝脏的主要功能细胞,承担多种关键功能,尤其是外源物的代谢与解毒作用。细胞色素P450酶群(CYPs)是其中一种重要的药物代谢酶,主要负责药物的第一阶段代谢。在药物开发过程中,体外肝脏模型至关重要,能帮助识别药物的性质及其代谢物。然而,原代肝细胞在培养过程中容易迅速去分化,导致P450酶活性及药物代谢能力的丧失。近年来,研究者们通过多种方法延缓细胞去分化,或使用干细胞衍生的肝细胞作为替代模型,以保持其功能特性。
iPSC衍生的小鼠肝脏类器官在Matrigel基质包被的48孔板中培养。一旦成熟,这些类器官通过WellReady在20°C下储存5天。释放后,类器官维持了高活力,持续生长,并保持3D结构及肝脏标志物的表达。经过72小时的培养后,类器官仍保留了功能性活跃的药物代谢酶(见图1)。
图1. 从WellReady中释放后,将肝脏类器官回复并培养72小时,然后进行实验。
a:类器官被返回培养基中过夜后,使用calcein-AM(CAM,绿色)和ethidium homodimer-1(EthD-1,红色)染料染色,分别可视化活细胞和死细胞。
b:类器官返回培养基中培养过夜后,经过固定,并用肝细胞和胆管细胞标志物-细胞角蛋白-19(CK19,绿色)和Hoechst核染色(蓝色)进行染色。
ci:使用CellTiter-Glo试剂盒测量ATP水平以评估细胞活力。
cii:通过P450-Glo CYP1A2试剂盒测量细胞色素P450 1A2的活性,以评估其功能性活性。 图例指示了释放后的培养时间,标尺代表100μm。
原代肝细胞接种在基质细胞饲养层上培养。细胞通过WellReady封装,并在37°C下储存7天。释放后,细胞被返回标准培养基中过夜。代谢活性(作为细胞活性的指标)和细胞色素P450活性(作为细胞功能的指标)在保存后得以保持(见图2)。
图2. WellReady对原代肝细胞保存的影响。原代肝细胞在37°C下使用WellReady保存7天。保存后,肝细胞从WellReady中释放,并返回培养基中过夜,随后进行实验。
a:通过alamarBlue荧光法评估肝细胞的代谢活性。
b:使用P450-Glo试剂盒测量细胞色素P450的活性。
c:通过明场显微镜(左图)和calcein-AM(CAM,绿色)染色的细胞(右图)来可视化活细胞。
随着细胞和细胞模型复杂性的不断增加,目的是提高它们的生理相关性。但问题在于,随着模型复杂性的增加,它们变得更难以培养且更脆弱。如果它们更脆弱,这意味着它们更难冷冻,且从供应商处或不同地点之间运送也更加困难。因此,这些细胞模型只能在具备培养技术的地方使用,限制了整个组织的使用范围。基本上,这些模型无法在不同地点之间运输。
⽣成复杂的三维(3D)⽣物材料,能够重现细胞的空间⾏为,对于⽣理相关的药物筛选和组织制造十分重要。3D⽣物打印是实现这一目标的⼀种⽅法,通过将含细胞的⽣物墨⽔挤压成三维结构。其他⽅法包括组织模板和特定的培养条件,这些条件促进基质的沉积/排列,从⽽⽣成类似于体内结构的组织。
在运输3D生物构建体时,保持其三维结构十分重要,且细胞需要在其支持基质中保持活力并生长。在这里,含MSC(间充质干细胞)的构建体从瑞典通过WellReady 96孔板在室温下运输到英国,并成功地进行了后续培养(a)。WellReady在24孔板中保存了工程化的心脏和骨骼肌微组织,经后续培养后,其恢复了收缩性和药物反应性(b)。Atelerix的技术提供的结构和生理化学支持可以保护脆弱组织,包括由细胞自身基质组装生成的角膜基质构建体(c)。
图3. 通过WellReady对3D⽣物打印构建体、⼼脏和⻣骼肌⼯程化微组织以及⻆膜基质组织构建体进行储存与运输,并对封装细胞进⾏共聚焦成像。
a:通过WellReady在室温下运输7天后的⻣髓来源的间充质⼲细胞(BM-MSCs)和两种不同⽣物墨⽔ (GelMA和GelXG)组成的3D打印构建体的活/死细胞(CAM/EthD-1)活⼒评估。结果显⽰ 从 WellReady释放后j经过7天的培养,细胞的⽣⻓和结构维持明显。
bi:由iPSC来源的⼼肌细胞和⼈类⼼室成纤维细胞组成的⼯程化⼼脏组织,在WellReady中室温储存2天后,其完全恢复了收缩性⾏为,并在处理后24⼩时呈现出对异丙肾上腺素的正常反应。
bii:在WellReady中室温储存3天的来源于⼈类⻣骼肌的⼯程化微组织,在培养恢复3天后,其恢复了完全的收缩性⾏为。
c:⻆膜基质构建体封装并在室温下储存3天后,通过活死细胞(CAM/EthD-1)活⼒染⾊进⾏评估。结果显⽰WellReady封装减少了未封装时观察到的细胞损失a:完整的技术说明可参⻅Jaiswal等⼈,2021。
【b:数据改编⾃Luttrell等⼈,2023 [技术海报]。 c:关于成像的更多信息,请参考Swioklo等⼈,Proc. Biochem., 59 (Part B), 289 (2017)】
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