移动到无动物支架来构建三维器官类型模型
体外支架
类器官、器官类型、微生理系统和其他3D培养技术的发展使复杂的生理组织和器官得以再现体外。这些复杂的在体外与传统的二维培养方法相比,模型(civm)有助于在更生理相关的环境中使用人体组织或细胞进行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,是朝着越来越与人类相关的模型发展的一项关键技术[2].用于3D细胞培养的支架材料通常来自动物细胞,如Matrigel,或直接从动物组织中提取,如鼠尾胶原蛋白。在civm中包含动物来源的支架限制了它们的生理相关性。例如,当细胞在基质中或基质上生长时,许多生长因子、趋化因子和生物活性蛋白已被Matrigel中的蛋白质组阵列检测到,它们可能对细胞行为有重要影响[3.] [4].
动物源性支架的批与批的可变性阻碍了civm的可重复性,如大量观察到的Matrigel批次之间的不一致性[3.].缺乏可重复性可能是未来在监管研究中使用civm的一个重要障碍。
用合成材料、人体组织或植物组织等无动物来源的支架构建civm,可以开发高度相关的人体模型。可用的不同材料都有各自的优点,可以利用这些优点优化特定的分析。例如,合成支架具有最小的批与批之间的差异性,增加了civm的重现性。许多无动物的支架材料是无反应的,降低了对人类细胞免疫原性干扰的风险。某些聚合物由于其机械或生物学特性在特定学科中很有用,例如,海藻酸盐由于其分子结构和与骨细胞的相容性,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来弥合发现和临床研究之间的差距,并支持整个在体外研究景观(见好在体外实践).
动物任意支架技术
适用于civm的无动物支架通常要么来自自然界中现有的结构蛋白和聚合物,如来自植物或真菌的结构蛋白和聚合物,要么是合成的。每个支架都有特定的特性,对某些应用是有用的,并可能提供科学优势的动物来源的支架不太专业。
可用的无动物支架及其特性
- 重组聚合物-在自然界中观察到的可通过重组技术合成的聚合物,例如利用细菌生产前胶原蛋白[6].
- Micro-organism-derived支架-在微生物中发现的聚合物,由于其丰富度和灵活性,提供了构建支架的潜在用途,例如,真菌几丁质已被用于构建支撑人类角质形成细胞的支架[7].
- 植物的支架-可收集植物中的聚合物,如纤维素和藻酸盐,用于构建生物相容性支架,例如,纤维素可脱细胞,以生成预先血管化的组织工程支架[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,石墨烯泡沫可以作为支架来支持神经干细胞[9].
- 合成聚合物-合成肽基板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-细胞外基质或支架组件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
市面上有很多非动物来源的支架资源)比动物来源的支架有显著的好处。
- 供应-明确不受不可预测的外部因素影响的供应链。
- 非传染性-透明源或合成成分可大大降低感染风险,包括降低支原体污染的风险。
- 裁剪可根据特定细胞类型定制培养基,以避免分化或其他表型变化。
- 再现性-批次之间的高度一致性。
- 生理上的相关性-仅人类衍生或合成分子(无异种性)。
- Non-immunogenic定义的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
我们支持研究项目,开发涉及使用无动物支架的civm。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优越的乳房来减少研究乳房生物学的啮齿类动物模型的数量在体外结合定制的人类乳腺细胞外基质(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,可以完全控制生化和物理性质,减少对动物源性成分的需求,如基质。该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
本项目旨在通过开发一个生物反应器培养平台来更准确地表征肿瘤微环境,以取代临床前药物验证对动物的要求。在这个系统中,万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,在培养中形成球状体。通过改善临床前的设置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来自该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
出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
- 合成玻璃蛋白底物|干细胞增殖和粘附|康宁
- ThermoFisher
- 的生物科学
- 芬欧蓝生物医学
如果您是一家提供无动物支架技术的公司或机构,并希望被添加到资源列表中,请保持联系.
进一步的阅读
- 文章:从封面:一个动物的自由在体外三维睾丸细胞共培养模型评估男性生殖毒物- PubMed (nih.gov)
- 点评:生物工程与生物技术(frontiersin.org)
- 文章:不同印后凝胶化工艺的壳聚糖支架3d打印特性研究|科学报告(自然网)
- 点评:海藻酸盐基生物材料在再生医学中的应用(nih.gov)
- 点评:基于人类平滑肌瘤衍生矩阵的有机型三维分析(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万能合成替代品Matrigel (nih.gov)
- 文章:重组蜘蛛丝作为细胞培养基质- ScienceDirect
- 点评:来自非动物来源的3D细胞培养和细胞农业应用支架|可持续粮食系统(frontiersin.org)
- 点评:石墨烯基三维支架在组织工程中的应用:制备、应用和未来在肝脏组织工程中的应用(nih.gov)
- 文章:迈向更可预测的、生理的和无动物的体外模型:细胞和组织培养的进展2020会议论文集- PubMed (nih.gov)
参考文献
- Kim J, Koo BK和Knoblich JA(2020)。人类类器官:人类生物学和医学的模型系统。自然评论分子细胞生物学21日:571 - 584。doi: 10.1038 / s41580 - 020 - 0259 - 3
- 巴蒂斯塔雷特年代et al。(2021)。建立复杂的科学效度在体外模型。欧洲联盟出版物办公室:卢森堡。doi: 10.2760/376171
- Aisenbrey EA和Murphy WL(2020)。基体的合成替代品。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:与干细胞反应的相关性Cytotechnology67(5): 873 - 883。doi: 10.1007 / s10616 - 014 - 9727 - y
- 文卡特斯Jet al。(2014)。海藻酸盐复合材料在骨组织工程中的应用研究进展。国际生物大分子杂志72: 269 - 281。doi: 10.1016 / j.ijbiomac.2014.07.008
- An B, Kaplan DL和Brodsky B(2014)。工程重组细菌胶原蛋白作为组织工程的替代胶原基生物材料。化学前沿2(40)。doi: 10.3389 / fchem.2014.00040
- 王晓燕,王晓燕,王晓燕(2020)。用于组织工程应用的新型仿生几丁质葡聚糖多糖纳米/微纤维真菌支架。国际生物大分子杂志149: 724 - 731。doi: 10.1016 / j.ijbiomac.2020.01.276
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- 朱j .(2010)。用于组织工程的聚乙二醇水凝胶的生物活性修饰。生物材料31日(17):4639 - 4656。doi: 10.1016 / j.biomaterials.2010.02.044
- Ramakrishnan Ret al。(2020)。人源性支架成分和干细胞创造免疫兼容的真皮组织,随后调节非纤维细胞表型。美国生物材料科学与工程学会6(5): 2740 - 2756。doi: 10.1021 / acsbiomaterials.9b01961