3D細胞培養：你對你的酶標儀了解嗎？

3D細胞培養：你對你的酶標儀了解嗎？

一直以來(lái)，傳統的2D細胞培養廣泛用于細胞生物學(xué)研究和藥物開(kāi)發(fā)，為研究細胞通路提供了方便的體外模型。然而，細胞在平面上生長(cháng)，這與天然環(huán)境并不相同，也導致細胞行為有明顯差異。形態(tài)、增殖、基因表達、代謝和活力發(fā)生顯著(zhù)變化，這會(huì )影響細胞對藥物的反應。因此，許多臨床前研究認為2D細胞培養技術(shù)是不夠的，它意味著(zhù)仍需要在動(dòng)物模型中開(kāi)展大量的實(shí)驗，而這一過(guò)程有難度，耗時(shí)又昂貴。

一些實(shí)驗室開(kāi)始采用3D細胞培養技術(shù)， 來(lái)幫助縮小2D體外研究和動(dòng)物模型之間的差距。盡管3D細胞培養不是最近的發(fā)明，早在1907年人們就用于培養青蛙神經(jīng)元，但在過(guò)去的十年中，對細胞分析的生物相關(guān)性的追求促使各種新穎的3D培養技術(shù)快速發(fā)展。

這些3D培養技術(shù)可大致分為兩類(lèi)：需要支架和不需要支架。它們旨在為細胞生長(cháng)、增殖和分化提供了一個(gè)更類(lèi)似于體內的環(huán)境。許多被設計成方便的微孔板形式，讓細胞培養的過(guò)程完全自動(dòng)化，這帶來(lái)了中等通量的重復3D培養。不過(guò)，實(shí)驗室中現有的酶標儀大多是為2D培養而設計的，它們是否能讓您實(shí)現3D細胞分析的好處，您又如何最有效地利用這些儀器呢？

讀取模式

對于所有的細胞應用而言，光學(xué)元件位于微孔板底部的酶標儀至關(guān)重要，因為培養基的量及光學(xué)性質(zhì)對自上而下的測定會(huì )有明顯的影響，導致重復性差和數據丟失。這對3D細胞培養尤為重要，因為視野深度增加。在理想的情況下，儀器應當有一個(gè)可調節的Z軸聚焦，讓用戶(hù)優(yōu)化孔內高度，實(shí)現靈敏度最大化。一些系統提供全自動(dòng)的Z軸聚焦，通過(guò)參考孔或多個(gè)孔的預掃描來(lái)確定最佳的Z軸位置。

激發(fā)孔徑的大小也很重要；最理想的情況是，激發(fā)光源涵蓋整個(gè)培養物。這樣就不必在每個(gè)孔中的不同點(diǎn)進(jìn)行多次測定，取平均結果，而一些3D細胞培養技術(shù)就是專(zhuān)為滿(mǎn)足此需求而開(kāi)發(fā)的。

在發(fā)射端，3D細胞培養也有幾個(gè)需要注意的地方�；�于支架的3D細胞培養方法可能會(huì )存在高的背景熒光，這是因為支架材料的自發(fā)熒光；有必要進(jìn)行一些形式的背景校正，以避免遮蓋細胞反應的微妙變化。而大的動(dòng)態(tài)范圍也很重要，因為每孔中更高濃度的細胞會(huì )很容易導致整個(gè)樣本出現大的信號變化。

對于某些應用，可能需要測定多個(gè)分析物，因此必須確保酶標儀的光學(xué)元件為每個(gè)分析物帶來(lái)精確的激發(fā)和發(fā)射，且濾光片組合適當，以避免信號的交叉。

環(huán)境控制

嚴格的環(huán)境控制對于任何細胞應用而言非常重要，即使是小的變化也往往導致實(shí)驗偏差或錯誤的結果。盡管大多數酶標儀提供某種形式的溫度控制，但我們必須了解這是如何實(shí)現的。很多系統的恒溫控制不太好，隨著(zhù)時(shí)間的變化會(huì )出現大的溫度波動(dòng)，因為系統對溫度測量室中溫度的升高或降低反應太慢。加熱元件的位置也會(huì )影響各孔之間的性能。不均勻的加熱會(huì )引起微孔板的溫度梯度，影響細胞生長(cháng)和酶活。對于長(cháng)期的研究，這還可能導致各孔之間的蒸發(fā)速率不同，這會(huì )顯著(zhù)影響分析性能。

3D細胞培養的主要目標之一是讓細胞分析帶來(lái)更好的生物相關(guān)性，而維持與體內相似的CO2和O2分壓很關(guān)鍵，尤其是對于真核細胞。這些細胞系的增殖和存活嚴格依賴(lài)于培養基條件；培養基的pH通常是由碳酸氫鹽緩沖液來(lái)維持的，并通過(guò)空氣中CO2分壓的精確調節來(lái)穩定緩沖液系統。此外，在體內發(fā)現的缺氧環(huán)境可能對藥物吸收和代謝有顯著(zhù)影響，這讓O2分壓的精確調節變得同樣重要；在研究腫瘤細胞中缺氧誘導的轉錄因子時(shí)，這特別有用。

然而，目前市場(chǎng)上大部分的酶標儀都缺乏控制CO2和O2的能力，需要將微孔板在培養箱和酶標儀之間移來(lái)移去。盡管這能夠實(shí)現，但并不理想。最理想的情況當然是，酶標儀能夠提供CO2和O2的精確調節，實(shí)現連續的測定。

結語(yǔ)

3D細胞培養系統代表了細胞分析的一次真正進(jìn)步，提供了更高的生物相關(guān)性，節省了下游實(shí)驗的費用。3D培養的開(kāi)展需要您徹底了解酶標儀的軟件和硬件結構，仔細檢查儀器參數與培養和分析的要求是否匹配。若酶標儀能夠實(shí)現分析的完全自動(dòng)化，在測量室中長(cháng)期連續地測定細胞反應，那當然是最理想的。