3D（三維）細胞培養相較傳統的2D細胞培養，更真實地模擬細胞在體內存活的環境特征，更好地反映細胞在體內的生理狀態和細胞與細胞、細胞與細胞外基質、細胞與器官之間的作用機制。3D細胞培養模型已應用于諸多研究領域，比如神經科學（腦科學）。3D神經元培養模型，模擬細胞體內生存的環境，保持細胞間的相互作用及更接近真實的生理生化反應，成為研究神經/神經退行性疾病的一個重要手段。

天然大腦組織的彈性模量較低（30-500Pa），所以強度高、剛度大的材料不適合用于大腦軟組織器官的構建。生物材料--水凝膠基質被證實可用于腦類器官的培養，并為其自組裝提供營養環境。然而傳統水凝膠組分單一，機械性能差，無法有效模擬人體軟組織的力學行為。因此，尋找具備一定機械性能的水凝膠用于中樞神經系統3D培養模型的建立，具有迫切性和挑戰性。此外，腦細胞外基質（ECM）含有多種基質組分，這些組分在基底膜、神經元周圍基質網絡和神經間質的諸多基質內有所不同，同樣可能對構建3D神經元培養模型產生一定影響。

 

德國維爾茨堡大學Carmen Villmann教授團隊結合早期開發的PCL超細纖維框增強Matrigel 模型，合成配制一種基于硫醇化透明質酸（HA-SH）的超軟基質，并使用超微纖維框架（MEW）予以增強，建立了一種穩定且可重復的纖維強化水凝膠模型（彈性模量95Pa）。這種纖維強化的HA-SH使得建立新的3D模型，用以研究神經/神經退行性疾病成為可能，如圖1所示。作者所使用的超微纖維框架，平均厚度為 141.4±5.7 μm，即單個poly(ɛ-caprolactone) (PCL)纖維層的空間允許水凝膠流動滲透、神經元細胞的突起生長（軸突和樹突）。
 

相關研究成果以“Reinforced Hyaluronic acid-based Matrices promote 3D Neuronal Network Formation”為題于2022年8月22日發表在《Advanced Healthcare Materials》上。

在二十多年研究進程中，Matrigel已作為神經科學中3D細胞培養的“金標準”基質。本文研究者將Matrigel、Glycosi、藻酸鹽、以及自主合成的HA-SH進行了多組比較（HA-SH是基于透明質酸 (HA)與高分子量的聚（乙二醇）二丙烯酸酯 (PEGDA) 交聯而成）。

研究者將小鼠皮層神經元從胚胎期 E15-17 中分離出來，分別接種到超微纖維框架增強的 Glycosil和Matrigel中，之后監測神經元細胞活力。此外，還向Glycosil中加入多種補充劑，監測神經元細胞活力的變化，然后又監測在星形膠質細胞存在的情況下，神經元細胞活力的變化。經過比較評估，發現Glycosil形式的透明質酸不是Matrigel的可行替代品。之后作者又嘗試了藻酸鹽及其氧化形式的ADA和交聯明膠 (ADA-GEL)，以及纖維增強的HA-SH，發現星形膠質細胞支持的 HA-SH最適合用于皮質神經元的培養。后續，研究者還分別測試了PCL-frame、HA-SH 和PCLframe/HA-SH三種框架以證實PCL 框架能夠有效增強HA-SH的穩定性。同時免疫細胞染色分析，證明HA-SH與星形膠質細胞層相結合，能夠顯著支持神經元細胞存活，允許神經元成熟和功能性神經網絡形成。

在本次研究中，研究者使用zenCELL owl活細胞動態成像及分析系統，對超細纖維加強的HA -SH中3D皮層神經元和2D星形膠質細胞的共培養，進行間隔5分鐘、總時長兩天的實時監測。監測所得視頻（如視頻1、視頻2）表明了HA-SH同Glycosil和ADA-GEL環境中有著相同的細胞共培養行為，即在星形膠質細胞存在的超微纖維框架增強的模型內，星形膠質細胞會從2D層遷移到水凝膠中，并朝向神經元附近生長；而皮層神經元形成樹突時會朝向星形細胞體生長。

視頻1:星形膠質細胞及皮層神經元在HA-SH中共培養(點擊圖片轉至環亞官網查看視頻）

綠色箭頭：星形膠質細胞從2D層遷移到HA-SH中，并朝向神經元附近；
黃色箭頭：皮層神經元形成樹突并朝向星形膠質細胞體；

視頻2:星形膠質細胞及皮層神經元在HA-SH中共培養(點擊圖片轉至環亞官網查看視頻）

綠色箭頭：星形膠質細胞從2D層遷移到HA-SH中，并朝向神經元附近；
黃色箭頭：皮層神經元形成樹突并朝向星形膠質細胞體；

本研究采用3D MEW框架增強HA-SH，與神經元和星形膠質細胞構建了一個可重復模型，為研究神經和神經退行性疾病的致病機制提供了一個新的選擇。

德國InnoME公司自主研發和生產的zenCELL owl活細胞動態成像及分析系統，基于非標記、非侵入方法，原位記錄細胞實時生長和定量的分析數據。zenCELL owl體積小巧，耐溫耐濕，可在細胞培養箱內長時間連續工作；通過24個顯微成像鏡頭，對24個視野進行連續的動態監測和圖像獲取。zenCELL owl為用戶提供高質量圖像、視頻、統計學曲線和定量數據，實現細胞增殖／增殖抑制、細胞培養質控／培養優化、細胞形態變化、位置遷移／侵襲等諸多活細胞動態過程的監測。

環亞生物，生命科學產品全國性代理商，不斷把國外頂級的創新產品引入中國。環亞生物具備完善的公司運營、產品管理、營銷、售前技術支持和售后維修體系。環亞生物作為zenCELL owl產品大中華區獨家代理商，負責zenCELL owl產品大中華區的營銷和售后支持。

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adhm.202201826  

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