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Matrigen彈性細(xì)胞培養(yǎng)皿如何模擬體內(nèi)組織力學(xué)微環(huán)境?
更新時間:2025-12-22
技術(shù)文章
在體外細(xì)胞培養(yǎng)中,傳統(tǒng)剛性塑料培養(yǎng)皿只能提供單一的機(jī)械硬度(約1 GPa),而體內(nèi)不同組織的基質(zhì)剛度差異巨大——腦軟如豆腐(~0.1–1 kPa)、肌肉中等硬度(~10–20 kPa)、骨則堅硬。這種力學(xué)信號的缺失,使細(xì)胞在體外往往表現(xiàn)出與體內(nèi)不同的形態(tài)、增殖與分化特征。Matrigen彈性細(xì)胞培養(yǎng)皿的出現(xiàn),正是為了解決這一“力學(xué)失配”難題,讓實驗更貼近生理真實。
Matrigen彈性細(xì)胞培養(yǎng)皿
的核心是可調(diào)剛度與仿生基質(zhì)設(shè)計。它采用納米纖維或水凝膠涂層作為細(xì)胞附著基底,并通過改性聚合物或交聯(lián)密度調(diào)節(jié),使表面呈現(xiàn)從幾百Pa到數(shù)十kPa的可控彈性模量,覆蓋絕大多數(shù)軟組織范圍。例如,在0.5 kPa剛度下可模擬腦組織,10 kPa接近肝實質(zhì),20 kPa則對應(yīng)肌纖維環(huán)境。細(xì)胞通過整合素與基底結(jié)合,能直接感知剛度變化,從而激活YAP/TAZ、FAK等力學(xué)信號通路,調(diào)控基因表達(dá)與功能表型。
在應(yīng)用層面,這種仿生剛度對細(xì)胞命運(yùn)具有決定性影響。研究表明,間充質(zhì)干細(xì)胞在軟基質(zhì)(~1 kPa)傾向于向神經(jīng)細(xì)胞分化,而在較硬基質(zhì)(~10–40 kPa)則走向成骨方向。Matrigen培養(yǎng)皿可精確設(shè)定梯度剛度,幫助研究者在同一實驗中觀察細(xì)胞隨硬度變化的譜系切換,這在傳統(tǒng)剛性皿中無法實現(xiàn)。對于腫瘤研究,癌細(xì)胞在模擬腫瘤邊緣(較軟)與核心(較硬)的不同剛度區(qū),會表現(xiàn)出侵襲性或增殖性的差異,從而為轉(zhuǎn)移機(jī)制研究提供直觀平臺。
此外,Matrigen彈性培養(yǎng)皿還保留良好的光學(xué)透明性與化學(xué)穩(wěn)定性,兼容活細(xì)胞成像、流式分析及分子生物學(xué)檢測,并能與3D支架或類器官培養(yǎng)結(jié)合,構(gòu)建更復(fù)雜的力學(xué)微環(huán)境。通過還原體內(nèi)組織的物理特性,它不僅提升了實驗的生理相關(guān)性,也顯著提高了藥物篩選與再生醫(yī)學(xué)研究的預(yù)測準(zhǔn)確性,成為連接體外實驗與體內(nèi)真實的重要橋梁。
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