为更现实的实验生物环境创建了3D细胞阵列

美国国家标准与技术研究院(NIST)的科学家们在更现实的环境中为实验药物的测试铺平了道路，他们已经发现如何在培养皿内以有用的新方式使细小的细胞集落生长。研究小组的发现可能有助于微型“芯片实验室”技术的设计者在芯片的小室内生长肝癌细胞的三维集落，而不是现在通常可以培养的仅仅是二维的集落。由于许多固体组织肿瘤本身是三维的，因此3-D细胞阵列可以提供比现有的更实际的生物环境用于测试药物。“由于肿瘤细胞系通常用于检测抗癌化合物，生物医学界正在积极寻找在三维细胞培养中测试这些药物的方法，”NIST的生物医学工程师Darwin Reyes-Hernandez说。“我们的研究结果有助于弥合实验室和生物细胞分析之间的差距，这种差距目前限制了药物的发现过程。”

为了实现芯片实验室技术的承诺，芯片的内部需要具有与身体本身相同的许多特征，例如在彼此存在的许多不同的细胞类型中。科学家们已经可以通过简单地在实验室培养皿中将它们一起生长来探索单一细胞类型在药物分子存在下的作用。但药物必须在体内起作用，而不仅仅是实验室实验。为了以受控方式研究细胞 - 细胞相互作用，科学家们在培养皿中培养出多种细胞类型，通过改变生长表面的特征使每种类型生长在不同的位置，这种技术称为微图案。

NIST团队的成员专注于微流体技术，这些技术将在芯片的物理环境中形成大部分实验室，最初的目标是使两种不同类型的人体细胞在表面上并排生长：肝癌细胞以及内皮细胞，排列体内血管，对癌症进展至关重要。根据加利福尼亚州拉霍亚的Theiss Research访问的NIST客座研究员Kiran Bhadriraju所说，仅仅找到一种方法来创建这两种细胞类型之间的共享边界将是一项值得的成就。他说，用于产生这种微图案共培养物的现有技术是麻烦的，并且不容易用于大规模药物测试。

研究小组认为，当他们在表面涂上两种不同的粘合剂 - 纤维连接蛋白和纤维连接蛋白和其他物质复合物(称为混合细胞粘附材料(hCAM))时，肝癌细胞很容易粘在hCAM上，而内皮细胞会坚持纤维连接蛋白。初步实验验证了他们的预感，这一发现为NIST科学家提供了一种方法，可以在他们想要的地方创建肿瘤和内皮细胞的共培养物。

创造他们最初寻求的共享边界本身就是一项成就，但还有更多未来。当他们使用称为激光共聚焦显微镜的技术拍摄细胞图像时，该团队还发现hCAM表面上的细胞已经在三维上生长了分层阵列。添加第三种称为转谷氨酰胺酶的蛋白质 - 一种将蛋白质分子粘合在一起的粘性酶 - 它们可以使肝癌细胞形成仅一个细胞厚的阵列，从而使它们能够控制该过程。

他说，了解化学物质，表面和肝癌细胞之间这种相对简单的关系对于培养癌细胞以及完全不同的细胞类型可能是有用的，并且可能允许这些小细胞培养物扩大规模以进行高通量工作一家制药公司需要测试大量候选药物。“我们希望其他癌细胞系可用于微观模式化相似的共培养，”Bhadriraju说。“虽然这里使用的肝癌细胞系是制药行业用于检测抗癌药物的重要细胞系，但我们尚未测试其他癌细胞类型是否会形成相同类型的3-D结构。但我们'相反，我们涂在表面的这些蛋白质通常与其他种类的癌细胞一起使用。“