美國宇航局3D細胞微重力培養系統

近年來,美國旋轉三維細胞培養系統已經成為應用微載體技術進行細胞大規模擴增的一一種較常用細胞培養系統。該系統是基于美國航空

航天局為模擬空間微重力效應而設計的一種三維細胞培養系統。該三維細胞培養系統既可以用于微載體大規模細胞培養,又能在其內培

育細胞與支架形成的三維空間復合體。至今,近百種組織細胞均在該系統內成功進行了大規模擴增。

發明于美國NASA的上一能在體外進行的“人的三維細胞/組織培養系統已進入中國。該系統應用面廣, 從癌癥和愛滋病研究,到組織工程

和工業制藥。該系統具有普通培養裝置wu可比擬的三大特點:

(1)高分化度該系統使高分化的人體組織能在實驗室中生長,模仿感興趣的器官和腫瘤。

(1)高分化度:該系統使高分化的人體組織能在實驗室中生長,模仿感興趣的器官和腫瘤。

(2)模擬微重力:以前要在體外模擬正常組織的微環境因細胞外基質太復雜和難適應環境而受阻,而細胞外基質對于調節細胞骨架和細胞

核基質蛋白重要。該系統使分裂原本應在一起的細胞組織成分的重 力問題得到解決。

(3)三維細胞培養:普通三維細胞培養系統因要保持細胞的懸浮而產生剪切力。其破壞了細胞間和細胞與基質間的穩定,使組織和細胞集

中于自身的修復，獻大影響其生長和其它的正常生理功能。發孝罐主要培養大量細菌，不適于大量培養人及其它哺乳動物細胞組織,因

很難把大量的細胞移植到發孝罐中，即使能夠培養，所得的細胞數也有限且很難生成組織。而該系統行且可用于大規模生產,其細胞的成

活率平均為97%且分化度高

傳統靜態細胞培養是在培養瓶或皿中進行的。無論是細胞或組織均生長在二維平面空間并接觸玻璃或塑料表面。這樣的方式會影響細胞

中基因的表達且無法持續生長及分化。同時，平面培養的細胞還會發生“去分化"(dedifferentiation)現象使培養的細胞逐漸失去其來源組織

的許多生理特征。而大部分動態培養系統中細胞或組織是有物理的外力而懸浮的有許多包括液態剪切力在內的因素會導致細胞及組織損

傷。

該三維細胞培養系統是一種dain覆 傳統的三度空間微重力培養系統。其利用培養盤或培養管柱進行培養,將培養液、細胞或組織一起加入

培養盤或培養管柱中，并去除所有氣泡。培養盤或培養管柱安裝于具旋轉馬達之基座上,內部組織、細胞或細胞團塊因旋轉切線力量及重

力雙重影響下而保持懸浮狀態。隨著細胞或組織成長，旋轉速度可做調整,細胞形成團塊之后,必須提高轉速使其不會沉降而碰觸底部。

旋轉的目的是要讓所有細胞均勻交換養分和氣體,并且細胞和細胞之間可有足夠的接觸，有利于細胞聚集。另外,不論是培養盤或培養管

柱背側均具備硅膠制成的換氣膜以利進行氣體交換,使細胞/組織得到充分氧氣及排除代謝后的廢氣。

生長其中的細胞或組織是以自由落體的狀態懸浮, 沒有攪拌器、氣泡等破壞性壓力, 故組織在培養液中得以自由降落、翻轉并與培養液

充分混合,其容器內各方向的力量達到平衡,所以細胞/組織不會受到單一方向的力量影響,可朝任意方向均勻生長是市面上一可使細胞

自由生長分化,增加細胞增殖速率,減少細胞死亡和有效增加細胞產物分泌的系統。而且,相比其他的三維細胞培養系統,該三維細胞培

養系統可以克服長期困擾三維細胞培養的內生(ingrowth)不足的限制,從而可以真正用來培養工程組織(engineered tissue),使之用于藥

物、醫學研究及再生醫學、細胞療法。

該三維細胞培養系統將細胞研究芾入更多元化、更進一步的領域,應用范圍十分廣 泛,無論在學術研究或臨床研究上都有相當的應用價

值。無論是培養人體組織以進行治療藥物的研究,或是培養替代的組織，進行再生醫學及細胞治療,例如肝臟、皮膚、骨髓、軟骨、心

肌、肺或其他組織等，均提 供了佳的研究系統,以達到接近體內環境的條件科學家更可利用此系統進行腫瘤細胞、病毒或其他可生產蛋

白質、酵素、荷爾蒙、抗原或抗體等重要物質的細胞的培養。該三維細胞培養系統還提供了ex vivo培養環境,研究者可利用RCCS以探

討微環境因子，對細胞分化和功能的影響。

在該三維細胞培養系統內使用肝細胞培養的肝臟組織