新一代纳米三维支架——让细胞重返仿真人体环境

从二维到三维 体内细胞生活在三维环境中。细胞在三维环境中与周围的细胞外基质、其它细胞相互作用，接受各种信号，指导其增殖、分化或迁移等行为。 由于生物体的复杂性及技术的限制，多年来人们对细胞行为的研究通常是把细胞从整体中分离，研究其在二维环境中的行为和功能，从而得到对细胞的基本认识。 但在二维培养体系下，细胞的形态、分化、细胞与基质间的相互作用以及细胞与细胞间的相互作用与体内生理条件下细胞的行为存在明显差异。 近年越来越多的证据表明，三维细胞培养比二维培养更接近体内的生理环境。以二维细胞培养为基础的药物或生物学研究可能出现偏差，而三维细胞培养可以为我们提供更为真实的信息，降低药物研发的时间和成本。

电镜下的XanoMatrix™（左）与真实的人体细胞外基质（右）高度接近

美国XANOFI公司的产品专家Pete Geisen表示，他们所研制的XanoMatrix™新一代三维细胞培养支架，利用纳米纤维优势，能使细胞很好地生长、增值和分化，解决了许多三维细胞培养实验的关键性问题，与目前普遍使用的二维细胞培养材料相比，该新材料能提供更接近体内真实的生长环境。 为什么选择XanoMatrix™新型的XanoMatrix™培养支架解决了许多在三维细胞培养时遇到的关键问题，通过使用纳米大小的纤维丝构建成一定结构，令细胞能在其中穿插生长，重塑形状。

XANOFI公司与来自全球知名的医学研究机构（北卡罗拉纳州大学、伦敦大学学院以及剑桥大学）学者合作，共同研发出新颖独特的三维结构材料，可作为干细胞、多种癌细胞以及不同原代细胞生长的理想体外培养环境。

XanoMatrix™适用于广泛的细胞培养应用，包括固定床反应器、再生医学研究、细胞常规培养以及体外癌细胞相互作用研究等等。 该材料可使用3D打印机喷涂，形成研究所需的形状，原因是XanoMatrix™培养支架的纳米纤维具有弹性且长短不一，其整个支架内，纤维结构是以垂直轴为中心均匀分布的。

另外，一些常规分析手段，比如荧光显微镜检测、细胞繁殖检测、RNA/DNA分析、低温切片、蛋白提取等，均可应用，皆与现时已有的技术指导结果一致。培养支架更易于细胞培养应用，还可用于复杂的双细胞共培养甚至是多种细胞组织培养塑形。

各种厚度的支架横截面

多孔性各种细胞的贴壁率、组织类型、所需营养不尽相同，所以培养环境也有所区别。多孔性材料一方面保证了细胞落在支架之中，另一方面又保证细胞能迁移到基质之中。 厚度培养材料的厚度与三维培养的仿真环境有相当大的关系，其中很大的因素就是营养交换与细胞的新陈代谢。培养支架可以营造一个化学/氧气比例梯度，较薄的培养支架适合培养频繁交换营养与氧气的细胞，一般的细胞骨架厚度有500μm，所以有相当大的调整空间。

XanoMatrix™培养支架

天然细胞外基质的复制传统的二维组织培养长时间被认为是体外细胞生长、细胞传代以及细胞行为的标准培养技术。然而，尤其是在研究细胞间的相互作用方面，模拟培养体内条件变得越来越重要。

生长在传统纳米纤维（左）上的MDA-MB-231癌细胞表现出平坦的形态并产生明显的阴影

合成的多聚纳米纤维被越来越广泛地应用于体内结构的模拟，并且适用于组织培养工程、癌症、干细胞、高通量细胞培养和再生医学等相关研究领域。相较于传统的培养支架和凝胶，纳米培养支架有其优越之处——不含有任何动物源衍生物质，保证批次间的稳定性；能够形成多种形状，适用于多种研究；结构和形态上贴近天然体内组织，给细胞一个家。 传统静电纺丝纳米纤维形成的是一个平面网状的基质，可模拟出天然细胞外基质的表面，但不能够让细胞自由穿梭进入结构的内部。多孔性或泡沫状的塑料材质可允许细胞绕中轴生长，缺点是不能产生一个纤维交织的表面让细胞生长和塑形，细胞无法还原天然状态。 XANOFI公司的海外联盟策略总监Kevin Rudolph 介绍，XanoMatrix™培养支架集合了纳米级多聚纤维丝的优点，构造出一个更为真实、更多弯道的纤维基底，产生一个强韧、连贯、全面的生长平台，为细胞模拟出真实而天然的组织培养环境。

生长在XanoMatrix™培养支架上的MDA-MB-231癌细胞（左）表现出明显的细胞结构 材料XanoMatrix™由生物相容性材料PET和醋酸纤维素制成，其支架为100％的合成材料，因此不含有任何动物源衍生物质，保证批次间的稳定性。 共培养与传统的固定生长支架相比，XanoMatrix™产品采用灵活的培养支架培养板，能用无菌镊子将培养支架轻松地转移到另一个板孔中，以建立细胞的分离培养，并在堆叠的培养支架结合处研究细胞共培养能力。通过培养支架的堆叠共培养、移除、在共聚焦显微镜下观察、低温切片侵入支架等方法，实现侵袭实验。 可视化真正的3D组织培养需要实现细胞可视化和捕捉单个细胞，XanoMatrix™支架坚固耐用，易于进行激光共聚焦、荧光组织化学染色，以及SEM分析。

培养支架上生长的NIH / 3T3-GFP细胞（4天）

生物反应器对于高级或高容量的粘附细胞的研究，XanoMatrix™非常适合于各种类型的生物反应器。XanoMatrix™培养支架作为柔性材料，可以定制任意尺寸，以适合于各种设备，包括血管模型、灌注板、柱和固定床生物反应器等。 灵活的板孔设计XanoMatrix™培养支架提供了标准的6孔、48孔和96孔的非处理培养板，以及10”×11”（约25.4×27.94 cm）的整张培养支架，所有培养支架及培养板均经过γ射线辐照后包装，以确保无菌，使用XanoMatrix™培养支架进行细胞接种和培养板孔中RNA/DNA//蛋白质的提取等研究手段与现时技术指导一致。培养支架连同培养的细胞还可以轻松地用镊子移除，以作进一步处理。

产品技术总览应用癌症研究、干细胞/再生医疗、组织塑形、共培养、药物毒性筛选等。 现用细胞类型癌症细胞株（MDA-MB-231、MCF-7、A549）；

成纤维细胞（NIH/3T3、HFL1）；

内皮细胞（HUVEC、EAhy926）；

干细胞（人和小鼠间充质干细胞）；其他（HEK293）。 体外培养模型干细胞（软骨形成、骨形成）；

肿瘤发生（成纤维细胞、内皮细胞和肿瘤细胞的共培养）。 兼容性检验增值活力（AlamarBlue、MTT）；

显微检测（扫描电镜、投射电镜、光学显微镜、荧光显微镜）；

RNA检测（TRIzol、吸附柱、蛋白提取原位杂交）；

免疫组化检验（低温切片、免疫染色继代培养）。