转向无动物支架构建3D器官型模型
体外支架
类器官、器官类型、微生理系统和其他3D培养技术的发展使得复杂生理组织和器官的再现成为可能体外。这些复杂的在体外与传统的2D培养方法相比，CIVMs可以在更具有生理相关性的环境中使用人体组织或细胞来促进特定机制或途径的研究[1］．
civm在研究和监管测试中有多种应用，是迈向日益与人类相关的模型的关键技术[2］．用作3D细胞培养支架的材料通常来源于动物细胞，如基质凝胶，或直接从动物组织中提取，如鼠尾胶原蛋白。在CIVMs中加入动物来源的支架限制了它们的生理相关性。例如，基质中的蛋白质组阵列检测到许多生长因子、趋化因子和生物活性蛋白，当细胞在基质中或基质上生长时，它们可能对细胞行为有重要影响[3.] [4］．
civm的可重复性受到动物源性支架批次间差异的阻碍，例如基质胶批次间的大量不一致观察[3.］．缺乏可重复性可能是未来在监管研究中使用civm的一个重大障碍。
使用无动物来源(如合成材料、人体组织或植物组织)的支架构建civm，可以开发高度相关的人体模型。可用的不同材料各有其优点，可用于优化特定的分析。例如，合成支架具有最小的批次间可变性，增加了CIVMs的可重复性。许多无动物支架材料是非反应性的，可以降低人体细胞免疫原性干扰的风险。某些聚合物由于其机械或生物特性在特定学科中是有用的，例如，海藻酸盐由于其分子结构和与骨细胞的相容性，经常被用于建模骨和软骨[5］．
使用无动物材料构建civm将使这些模型通过提高人类相关性和可重复性，弥合发现和临床研究之间的差距，并支持跨领域的标准化在体外研究景观(见好在体外实践）.
动物任意支架技术
适用于civm的无动物支架通常来自于自然界中现有的结构蛋白和聚合物，例如来自植物或真菌的结构蛋白和聚合物，或合成构建。每种支架都有特定的特性，这些特性对某些应用很有用，可能比不那么专门化的动物衍生支架具有科学优势。
可用的无动物支架及其特殊特性
- 重组聚合物-在自然界中观察到的可用重组技术合成的聚合物，例如用细菌合成前胶原蛋白[6］．
- Micro-organism-derived支架-在微生物中发现的聚合物由于其广泛的丰度和灵活性，为支架的构建提供了潜在的用途，例如，真菌甲壳素已被用于构建支持人角质细胞的支架[7］．
- 植物的支架-植物中的聚合物，如纤维素和海藻酸盐，可以收集并用于构建生物相容性支架，例如，纤维素可以脱细胞生成预血管化组织工程支架[8］．
- 纳米材料-纳米材料可以模拟自然组织条件，碳纳米材料由于其生物相容性在组织工程中很有用，例如，石墨烯泡沫可以用作支撑神经干细胞的支架[9］．
- 合成聚合物-合成肽底物的生产具有特定应用的特性，例如，聚(乙二醇)(PEG)水凝胶可用于制造生物活性支架[10］．
- 来自人体的支架-细胞外基质或支架成分可从脱细胞的人体组织中提取，例如，使用脱细胞的羊膜构建支架[11］．
采用无动物支架技术的好处
市面上有很多无动物来源的支架(见资源)，比动物来源的支架有显著的好处。
- 供应-清晰的供应链，不受不可预测的外部因素影响。
- 非传染性-清除的来源或合成的构成大大降低感染的风险，包括降低支原体污染的风险。
- 裁剪定义的培养基可以针对特定的细胞类型进行定制，以避免分化或其他表型变化。
- 再现性—批间一致性高。
- 生理上的相关性-只有人类衍生或合成的分子(无异种性)。
- Non-immunogenic定义培养基不包含免疫原性分子，这是细胞治疗的一个重要考虑因素。
案例研究
我们支持了涉及使用无动物支架的civm研究项目。下面列出了这些项目的示例。
该项目的目的是通过开发一种高级的啮齿类动物模型来减少研究乳房生物学的数量在体外结合了定制的人乳腺细胞外基质(ECM)成分的基质，提供了一个健壮的培养模型。梅里教授和米德博士开发了一种简单的多肽水凝胶系统，最初是为培养干细胞而优化的。基质系统是灵活的，允许完全控制生化和物理特性，并减少了对基质等动物源成分的需要。项目的进一步信息和出版物可以在其“我们的投资组合”页面上找到。新利体育登陆老版本
该项目旨在通过开发生物反应器培养平台来更准确地表征肿瘤微环境，从而取代临床前药物验证对动物的要求。在这个系统中，Wan博士和她的团队使用聚二甲基硅氧烷(PDMS)聚合物和交联试剂作为支架，在培养中形成球体。通过改善临床前的环境在体外癌症治疗筛选，该系统有可能减少用于下游药物验证研究的动物数量。关于生物反应器系统的进一步信息和项目的出版物可以在其“我们的投资组合”页面上找到。新利体育登陆老版本
资源
销售无动物支架的公司:
- AxolBio
- Biogelx™
- 生物面
- 细胞制导系统
- denovoMATRIX
- Humabiologics
- 曼彻斯特Biogel
- 默克公司
- Pepceuticals
- PeproTech
- ProCell
- 干细胞技术
- 茎制药
- 合成max Vitronectin Substrate | Stem Cell Expansion and Adhesion | Corning
- ThermoFisher
- 的生物科学
- 芬欧蓝生物医学
如果你是一家提供无动物支架技术的公司或机构，并希望加入到资源列表中，请联系．
进一步的阅读
- 文章:封面:无动物在体外用于评估男性生殖毒物的三维睾丸细胞共培养模型- PubMed (nih.gov)
- 点评:生物工程与生物技术(frontiersin.org)
- 文章:不同打印后凝胶化工艺后3d打印壳聚糖支架的特性研究
- 点评:用于再生医学的海藻酸盐生物材料(nih.gov)
- 点评:基于人类平滑肌瘤衍生矩阵的有机三维分析(nih.gov)
- 点评:Matrigel的合成替代品(nih.gov)
- 文章:用于血管毒性筛选和干细胞扩增的基质的通用合成替代品(nih.gov)
- 文章:重组蜘蛛丝作为细胞培养的基质- ScienceDirect
- 点评:|可持续食品系统(frontiersin.org)的3D细胞培养和细胞农业应用
- 点评:组织工程中石墨烯基3D支架的制备、应用及在肝脏组织工程中的应用前景(nih.gov)
- 文章:迈向更有预测性、生理学和无动物体外模型:细胞和组织培养的进展2020年会议论文集- PubMed (nih.gov)
参考文献
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- 巴蒂斯塔雷特年代et al。(2021)。建立复合体的科学有效性在体外模型。30556欧元欧盟EN出版物办公室:卢森堡。doi: 10.2760/376171
- Aisenbrey EA和Murphy WL(2020)。Matrigel的合成替代品。自然评论材料5(7): 539 - 551。doi: 10.1038 / s41578 - 020 - 0199 - 8
- Talbot NC和Caperna TJ(2015)。基质中生物活性可溶性蛋白/多肽的蛋白质组阵列鉴定:与干细胞应答的相关性Cytotechnology67(5): 873 - 883。doi: 10.1007 / s10616 - 014 - 9727 - y
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