3D干细胞模型

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发布时间：2017-12-15
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【概要描述】人类干细胞被认为是医疗领域的新希望。在未来，它们有望用于治疗大范围的疾病，例如神经退行性疾病。来自Fraunhofer的研究人员开发了一种称为LabBag一体化的系统，它是一个透明的袋子，能够为科学家提供低廉的、快速的、无菌的方式，用于干细胞的生长、鉴别以及冷冻，所产生的细胞模型可以用于独立测试和药物开发。在成功测试了这个系统后，研究人员将在11月13日至16日在德国杜塞尔多夫的MEDICA贸易博

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3D干细胞模型

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　　人类干细胞被认为是医疗领域的新希望。在未来，它们有望用于治疗大范围的疾病，例如神经退行性疾病。来自Fraunhofer的研究人员开发了一种称为LabBag一体化的系统，它是一个透明的袋子，能够为科学家提供低廉的、快速的、无菌的方式，用于干细胞的生长、鉴别以及冷冻，所产生的细胞模型可以用于独立测试和药物开发。在成功测试了这个系统后，研究人员将在11月13日至16日在德国杜塞尔多夫的MEDICA贸易博览会上展示了一个原型。

　　全世界的科学家都在寻找通过干细胞治疗疾病的方法。这些细胞提供了开发新的治疗方法和药物的潜力。干细胞材料使得我们可以用一种前所未有的方式来进行疾病的研究。此外，最新的研究表明，3D细胞模型可以更准确地反映人体的状况。这些细胞聚集体主要是在无菌的条件下，在液滴状的营养溶液中产生。在未来，我们需要以廉价和可靠的方式完成这一过程。

　　作为LabBag项目的一部分，Fraunhofer生物医学工程研究所，Fraunhofer表面工程和薄膜材料研究所，以及Fraunhofer工艺工程和包装IVV的研究所汇集了他们的专业知识，开发了一个塑料袋形式的微型实验室。在这个袋子里，人类诱导的多能干细胞可以在无菌环境中生长并形成3D聚集体。这些细胞可以成为制药工业用于患者或疾病特异性的药物开发，以及对活性成分进行研究的测试系统。

　　到目前为止，干细胞聚集可以通过使用移液机器人系统或手动移液的方式生产，前者需要昂贵的购买和维护成本，而后者是劳动和时间密集型模式，对于人力有着相当大的耗费。在培养皿中手动吸移需要大量的练习，而且也有污染的危险。Fraunhofer研究人员开发的“袋子里的实验室”旨在降低劳动力和材料的成本，同时显着提高细胞的产量和过程的可靠性。Labbag的操非常简单只需摇动透明的袋子，仅仅几秒钟的时间就能产生几百滴悬挂的营养液，几乎是自动的。首先，将含有干细胞的营养溶液倒入袋子中。袋子被旋转一次，然后回到最初的位置。在此过程中，液滴仍悬浮在亲水点周围。这些液滴作为微型生物反应器，想要的3D细胞聚集体可以在其中形成。这些细胞沉到液滴的底部，它们结合在一起，融合成一个固定的三维聚合体。

　　Fraunhofer的项目管理者科学家MichaelThomas博士解释说，“我们在聚合物膜上涂上了两种不同的涂层”。一层是疏水的，疏水的基层确保含有蛋白质的营养液在表面流动，却不会粘附在上面。第二层由150个亲水的圆斑组成，每一个直径为5毫米。营养液就会被这些斑点捕获，从而产生液滴。

　　每一滴的体积约为20微升，3D细胞模型的大小约为400微米。通过改变袋子表面上斑点的直径，可以调整团聚体的大小。目前，Neubauer博士和她的团队需要大约72小时的时间来生产悬浮液滴的聚合体。“我们将LabBag描述为一个微型GMP实验室，它符合所有的要求，封闭的、无菌的系统使得污染的风险很小。”Neubauer博士强调，“最终，我们可以为药物研究生产出更好的细胞模型，从而避免在动物身上进行实验。”

　　LabBag?的优点之一是细胞模型甚至可以直接在袋子里冻结。与人工吸液不同的是，不再需要将材料转移到单独的低温容器中。如何优化低温贮藏——也就是冷冻细胞，就要依赖于Fraunhofer IBMT的职责了。此外，这一研究所还负责培育干细胞，并对3D聚集体进行表征和分析。“我们关注的是生产诱导多能干细胞(iPS)，因为这些干细胞有可能发展成身体内的任何细胞，也有可能发展成任何组织或特定类型的组织。与胚胎干细胞不同的是，它们不会引发任何伦理争议”，Fraunhofer IBMT的生物学家Julia Neubaue说。干细胞变成特定的形状和功能，以完成某些任务，这使得开发患者的特异性药物成为可能。Neubauer博士和她的同事们正专注于心肌细胞的分化，并且已经成功地将iPS细胞分化为这种类型的细胞。

　　这款一次性塑料袋的原型所营造的微型GMP实验室为制药工业提供了一个机会，同时，它也提供了一种适合小型实验室，不需要洁净间的技术。即使在没有高投资成本的情况下，这一技术仍然可以为药物研究提供高质量的细胞模型。

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