三維(3D)類(lèi)器官培養(yǎng)是細(xì)胞生物學(xué)的重要工具。3D類(lèi)器官模型對(duì)于理解乳腺生物學(xué)尤為重要，乳腺上皮細(xì)胞(MECs)在3D培養(yǎng)條件下會(huì)形成功能性的類(lèi)器官。然而，乳腺類(lèi)器官模型在很大程度上依賴(lài)于重組基底膜提取物Matrigel。但Matrigel有很多局限性，包括生物化學(xué)的復(fù)雜性、批間差異顯著、異質(zhì)性、機(jī)械性能差等。近年來(lái)，合成水凝膠用于體外細(xì)胞培養(yǎng)方面取得了重要進(jìn)展，這些水凝膠具有可重復(fù)性、可調(diào)節(jié)機(jī)械性和生物相容性等優(yōu)點(diǎn)。近期，英國(guó)曼徹斯特大學(xué)Andrew P. Gilmore團(tuán)隊(duì)利用自組裝短肽水凝膠在體外模擬乳腺上皮細(xì)胞（MECs）的微環(huán)境。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過(guò)調(diào)節(jié)的力學(xué)性能和添加laminin可以較好的促進(jìn)MECs特定蛋白的表達(dá)并促使極性小葉的形成。本自組裝短肽產(chǎn)品可成為用于替代Matrigel的乳腺上皮細(xì)胞類(lèi)器官產(chǎn)品。
相關(guān)研究?jī)?nèi)容以“Optimising a self-assembling peptide hydrogel as a Matrigel alternative for 3-dimensional mammary epithelial cell culture”為題于2024年6月發(fā)表在《Biomaterials Advances》上。
支持MECs的存活，但不支持MCF10A細(xì)胞的小葉極化，將MCF10A細(xì)胞分別封裝在和Matrigel中，21天時(shí)間內(nèi)監(jiān)測(cè)細(xì)胞的存活率、小葉大小和形態(tài)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，MCF10A細(xì)胞在中至少存活了21天，并形成了類(lèi)似于Matrigel中的3D小葉結(jié)構(gòu)的聚集物。為了比較在Matrigel和中3D細(xì)胞聚集物的組織結(jié)構(gòu)，在第7、12和21天，從Matrigel或中提取完整的細(xì)胞聚集物，并用對(duì)人類(lèi)特異性laminin-alpha 3、膠原IV進(jìn)行免疫染色。在Matrigel中，MCF10A細(xì)胞周?chē)忻鞔_的基底膜，含有人類(lèi)laminin和膠原IV。相比之下，在中，細(xì)胞聚集物缺乏有組織的膠原IV和laminin-332基底膜。盡管支持MCF10A的存活，但無(wú)法完全重現(xiàn)Matrigel中觀察到的MCF10A組織結(jié)構(gòu)（圖1）。
圖1 促使MCF10A細(xì)胞存活，但無(wú)法形成3D腺泡組織
單獨(dú)調(diào)節(jié)水凝膠的力學(xué)性能無(wú)法引起MCF10A泡狀體極化，通過(guò)調(diào)節(jié)的濃度來(lái)調(diào)節(jié)水凝膠的基質(zhì)硬度，結(jié)果發(fā)現(xiàn)水凝膠力學(xué)性能的改變會(huì)促使細(xì)胞分泌laminin和collagen-IV，但未形成Matrigel中所見(jiàn)的明確基底膜。LC-MS/MS分析顯示，與Matrigel相比，中的蛋白質(zhì)表達(dá)存在顯著差異。軟化的導(dǎo)致MCF10A細(xì)胞的代謝活性降低，但與Matrigel中的細(xì)胞仍存在顯著差異。總之，盡管軟化有助于MECs簇的生長(zhǎng)，但僅依靠機(jī)械性質(zhì)無(wú)法完全模擬Matrigel中細(xì)胞的分化和組織（圖2）。
圖2 MCF10A細(xì)胞包裹在Matrigel，硬和軟水凝膠中的蛋白質(zhì)組學(xué)譜
MCF10A細(xì)胞需層粘連蛋白維持泡狀結(jié)構(gòu)，將MCF10A細(xì)胞嵌入含有層粘連蛋白的水凝膠中，發(fā)現(xiàn)與Matrigel相比，這些細(xì)胞能夠保持泡狀結(jié)構(gòu)。在層粘連蛋白水凝膠中，MCF10A泡狀結(jié)構(gòu)顯示出與Matrigel相似的組織結(jié)構(gòu)和生化特征（圖3）。
圖3 MCF10A的腺泡發(fā)育和極性維持需要層粘連蛋白
層粘連蛋白促使功能化以支持MCF10A腺泡形成，含有層粘連蛋白-111（laminin-111）的具有適宜的生化和生物力學(xué)微環(huán)境，支持MCF10A細(xì)胞形成與Matrigel中相同的極化、泡狀結(jié)構(gòu)。在中加入1 mg/mL的層粘連蛋白，并將其與含有1.5 mg/mL Matrigel的進(jìn)行比較。在培養(yǎng)7天后，發(fā)現(xiàn)MCF10A細(xì)胞在Matrigel、層粘連蛋白中形成了與以前相同的泡狀結(jié)構(gòu)（圖4）。
圖4 層粘連蛋白功能化的支持MCF10A細(xì)胞的腺泡發(fā)育
這些結(jié)果表明，通過(guò)將進(jìn)行力學(xué)性能優(yōu)化，并添加適當(dāng)?shù)奈h(huán)境組分，如組織特異性的ECM蛋白，可以成為MECs類(lèi)器官培養(yǎng)模型的Matrigel替代品。
3D 細(xì)胞/類(lèi)器官培養(yǎng)水凝膠/自組裝短肽水凝膠
KemiGel 提供的合成肽水凝膠,具有可調(diào)節(jié)的剛度和功能，可模擬不同組織的細(xì)胞外基質(zhì)，并且沒(méi)有批次間的差異，讓您每次都有信心獲得可靠和一致的結(jié)果。KemiGel 的水凝膠具有固有的生物相容性和可生物降解性，為您提供將研究轉(zhuǎn)化為臨床并提供改變生活的療法的潛力。
自組裝短肽技術(shù)最初源自于Zhang院士(世界著名科學(xué)家、奧地利科學(xué)院、美國(guó)麻省理工學(xué)院)，將D型氨基酸加入自組裝短肽中，極大的提高了短肽水凝膠的力學(xué)強(qiáng)度和穩(wěn)定性。研究團(tuán)隊(duì)對(duì)于自組裝技術(shù)的研究已超過(guò)30年，自組裝短肽技術(shù)已經(jīng)發(fā)表過(guò)＞10000+論文，其中關(guān)于細(xì)胞三維培養(yǎng)＞500篇，類(lèi)器官培養(yǎng)的＞100篇。我們團(tuán)隊(duì)在國(guó)際國(guó)內(nèi)較高水平學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表論文如包括Biomaterials，CR，NPJ等以一作或者通訊作者發(fā)表的代表性的5篇SCI英文文章2021年統(tǒng)計(jì)總影響因子暫為>152.5，其中單篇現(xiàn)在的最高影響因子為～72.0。
KemiGel 自組裝短肽的特點(diǎn)
1）化學(xué)合成純度可控，批次穩(wěn)定；
2）生物相容性較好；
3）自組裝動(dòng)態(tài)過(guò)程,利用非共價(jià)鍵；
4）支架具有納米級(jí)的結(jié)構(gòu)層次；
5）結(jié)構(gòu)較單一，雜質(zhì)控制在有限的價(jià)格區(qū)間，其成分易控制；
6）不來(lái)源于動(dòng)物，免疫原性??；
7）不會(huì)帶傳染病毒或疾病等，或者可能性極小；
8）降解成為氨基酸殘基；
9）提供仿生的生長(zhǎng)環(huán)境，基本可模擬體內(nèi)的真實(shí)環(huán)境；
10）可以單獨(dú)使用，也可組合使用
