细胞培养进化——药物发现的革命

二维(2 d)细胞培养中发挥作用的药物发现和开发过程几十年来,然而近年来三维(3 d)细胞培养舞台的中心,由于其模仿的能力在活的有机体内国家更加紧密。我们看看细胞培养的发展,3 d的崛起,以及行业从“静态”转向“射流”是激励下一代的在体外模型——“即插即用”microphysiological系统。

”应用程序的主要细胞培养始于1980年代。对于那些在地里干活,你可以说细胞培养更多的是一个比一个健壮的“好奇心”和可再生的技术测试药物化合物,“阿明狼教授解释说,博士,首席科学官InSphero,“大多数最初的应用程序来自基础研究。当时没有科学共识和信心在制药公司是否生成的数据将为制药公司增加价值的目标。”

沃尔夫解释说,最初有一个清晰的标准操作程序缺乏可用的药物发现研究人员,然而事实上它是可能的发展和测试细胞文化是一个巨大的里程碑。随着细胞培养技术,现在是可能的监控细胞生长、分化和对不同刺激的反应——包括药物化合物。”一个重要的里程碑,在细胞培养的应用药物开发实现,当我们解决了如何在培养皿中生长细胞活器官,细胞不仅幸存了下来,但你也可以把它们,”沃尔夫说。

同时可以获得一些有意义的和可翻译的信息从这些早期的单层(2 d)文化,预期这些系统可以提供远高于他们的现实实际上交付的能力,提醒狼:“随着时间的推移,人们开始明白,在培养皿中细胞——即使是幸存的不会有什么帮助的时候一个预测会发生什么事在活的有机体内环境”。

“我们很快学会了2 d细胞培养有局限性。”

细胞培养的发展

细胞培养的起源通常与罗斯哈里森,他开发了一种技术研究神经组织生长在体外1907年——超过100年前。1950年代中期的“L”细胞系(厄尔1948)和人类海拉细胞线(相当地,1951)成立以来,向前推动细胞培养能力。

无可争辩,单层文化是促进细胞的基础研究,沃尔夫解释说:“当你在培养皿中培养细胞,然而,他们可能会生存下来,但失去原有的表型,形态,和特定的功能。”

“2 d环境不能够支持复杂的信息交互和细胞的特定需求,这意味着他们无法保持正确的功能。”

“肝细胞,例如,构成~ 80%的肝细胞人口和扮演一个重要角色在细胞代谢的蛋白质、碳水化合物、脂质、胆汁和外源性物质的解毒。在本地肝脏,肝细胞有明显的极性结构,需要积极的胆汁酸吸收和分泌到胆汁淤积。细胞色素P50活动必须高保持药物的代谢,然而,大多数的肝细胞的结构和功能性质在2 d细胞培养24小时后消失。”

“他们失去他们的特定的肝细胞功能,如代谢外源性物质的能力。~ 24小时后,他们重新排列,这样看起来更像成纤维细胞细胞粘附塑料抚养1。“二维培养细胞,坚持塑料采用可靠的行为由于他们无法保持分化状态。

狼涉及胶原三明治的发展配置及其对肝细胞分化和功能的影响:“然后,我们学会了如何把肝细胞在胶原蛋白水凝胶“三明治”配置,其中肝细胞保留大部分的细胞功能在较长一段时间。这个三明治模型对药物开发是一个进步,但它仍然是有局限性的。我们不能建立稳定的3 d培养肝细胞与其他细胞类型结构参与核心肝脏功能,即枯氏细胞、内皮细胞、星状细胞(统称为non-parenchymal细胞或npc)。很难处理的细胞外基质环境由于非特定的绑定,还有它昂贵是因为npc的数量需要达到liver-life organotypic细胞分布在体外”。

“下一个大的里程碑在肝细胞悬滴技术的应用,”沃尔夫解释说。这种方法允许细胞的位置下降,这意味着他们没有与塑料的互动,防止附件。细胞可以重新组装,聚合成紧密组织如“球状体通过射流的重力环境的下降,使细胞保持更多在活的有机体内例如状态。”挂掉,我们可以将npc集成到肝脏在培养球状体。总的来说,这种方法也更符合成本效益比三明治文化。”

狼强调,表型和形态学变化以前观察到的二维培养细胞,坚持使用这个特殊塑料不会发生射流重力条件:“悬滴环境中的细胞只有建立联系。”

3 d球体形成细胞悬滴。信贷:InSphero

“一般来说,这种类型的(悬滴)细胞培养是优于任何类型的2 d文化,主要是因为它允许我们成功培养肝细胞与npc。”狼说。枯氏细胞是重要的免疫过程发生在肝星状细胞的纤维发生的过程也可以发生在肝脏在某些病理生理条件。

在体外细胞模型是常用来确定“停止/去”决策由药物发现研究人员在开发过程的早期。更具体地说,他们是用来确定基本的安全评估药物化合物的毒性和药效学。

三维细胞培养的发展凸显了许多缺点与2 d文化有关,例如,细胞形态学上的差异、受体表达和架构,以及缺乏信息和cell-extracellular矩阵信号相比,观察到的“自然”在活的有机体内。

“3 d文化更善于预测不仅毒性,而且功效的治疗,”解释狼——由于他们更准确地显示在目标组织细胞的表型。

“很明显,现在我们已经进入了一个新的时代的细胞培养- 3 d -更多的功能和形态比较在活的有机体内系统。”

微流体,将3 d文化转化为生理系统

也许最令人兴奋的发展3 d细胞培养今天的应用微流控技术,使多种组织类型和器官系统之间的交互,并允许您形象,分析化学,生物,物理过程极其微小的液体样品。的能力使小型化和优化培养条件使这对药物发现测试技术的理想工具。

优势包括:

• 小扩散距离
• 快速的反应时间
• 高通量通过小型化
• 只有少量的药物化合物所需测试(有利于保护珍贵/昂贵的样品)

多个microtissues Body-on-a-chip -链接

微流体技术的进步很快导致“organ-on-a-chip”系统的发展,重建人体器官的力学和生理反应。这随后发展了兴趣“body-on-a-chip”在 体外解决方案——设计模拟在活的有机体内 multi-tissue交互——帮助专家组成一个更广泛和更全面的了解整个身体的药物化合物是如何工作的。

“我们之前谈论的系统静态系统,培养板,三明治文化,——下一代的球状体在体外模型是microphysiological系统(MPS)——这种类型的系统允许您文化更长时间和提高microtissues的功能,”沃尔夫解释说。

狼涉及的基本原则”body-on-a-chip”技术:“一个议员系统包括井“连接”,并在每一个你可以把一个microtissue从特定器官的兴趣。”

“你可以设计议员网络回答具体的科学问题。例如,您可以把肝脏microtissue放在一个连续的胰岛microtissues创建一个微型代谢系统。然后使用这个系统来研究如何从胰岛胰岛素分泌影响肝细胞的寿命,当刺激葡萄糖。议员沃尔夫说的“关键的好处是,系统可以设计和调整测试类型的假设,通常出现在药物开发。

“这是一个理想的平台,我们有媒体流从一个到另一个。它允许你模仿体内特定器官之间的串扰,它模仿人体的方式使我们观察直接药物化合物的影响在一个特定的器官以及它间接影响邻近器官,”狼总结道。

阿明教授沃尔夫博士InSphero的首席科学官,负责公司的3 d-cell-based organ-on-a-chip,代谢疾病、肿瘤和毒理学项目。狼说,劳拉·伊丽莎白·兰斯顿,科普作家技术网络。188金宝搏备用