如何利用生物反應(yīng)器實現(xiàn)干細(xì)胞體外擴(kuò)增培養(yǎng)

干細(xì)胞是指具有無限分裂增長能力，可以進(jìn)行自我更新，并能在不同誘導(dǎo)條件下，分化成不同類型的細(xì)胞的一種特殊生物細(xì)胞。比如我們常見的骨髓干細(xì)胞胚胎干細(xì)胞，廣泛應(yīng)用于免疫系統(tǒng)疾病治療，內(nèi)分泌系統(tǒng)疾病治療等。細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)中利用生物反應(yīng)器進(jìn)行干細(xì)胞的體外培養(yǎng)，使干細(xì)胞大量增殖量產(chǎn)，已成為3D干細(xì)胞擴(kuò)培的主流手段。

一、干細(xì)胞的培養(yǎng)方法 

干細(xì)胞的培養(yǎng)方法主要有兩種，一種是2D培養(yǎng)，另一種是3D立體培養(yǎng)。

2D培養(yǎng)多采用貼壁培養(yǎng)技術(shù)，在培養(yǎng)瓶或培養(yǎng)皿等容器中加入細(xì)胞生長所必須的營養(yǎng)物質(zhì)，在特定的培養(yǎng)環(huán)境下，細(xì)胞貼附于培養(yǎng)器皿壁上，分裂生長，形成致密的細(xì)胞層的細(xì)胞培養(yǎng)方式。由于這種培養(yǎng)只在平面進(jìn)行增殖生長所以也成為2D 培養(yǎng)。

細(xì)胞的2D培養(yǎng)技術(shù)簡單，對于培養(yǎng)液的更換也相對容易，不需要完整的過濾系統(tǒng)所以 適用于較多大多數(shù)動物細(xì)胞。但是它的缺點(diǎn)是：細(xì)胞的擴(kuò)大培養(yǎng)較難，投資大，且不能及時有效地監(jiān)測細(xì)胞生長狀態(tài)和細(xì)胞生長環(huán)境。

為了實現(xiàn)細(xì)胞規(guī)模化擴(kuò)增，半個世紀(jì)以來，生命科學(xué)領(lǐng)域逐漸使用新型的生物反應(yīng)器來實現(xiàn)細(xì)胞的規(guī)模擴(kuò)增，比如采用微載體生物反應(yīng)器來擴(kuò)增培養(yǎng)CHO細(xì)胞、成肌細(xì)胞等。利用懸浮細(xì)胞培養(yǎng)生物反應(yīng)器進(jìn)行昆蟲細(xì)胞，紅細(xì)胞的規(guī)模化擴(kuò)增等。

二、 3D干細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)

三維干細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)通過為細(xì)胞提供支撐材料來模擬生物組織的細(xì)胞外基質(zhì)或建立細(xì)胞球進(jìn)行細(xì)胞立體培養(yǎng)的一種方式。 3D干細(xì)胞常用的構(gòu)建細(xì)胞外基質(zhì)材料主要有膠原、透明質(zhì)酸、纖維蛋白等天然材質(zhì)，和聚乳酸、聚己酸內(nèi)酯等合成材料以及新型復(fù)合材料，這些干細(xì)胞培養(yǎng)材料具有三維立體多孔結(jié)構(gòu)，有利于細(xì)胞的吸附與增殖，并且表面大多附有生長因子有利于細(xì)胞的表達(dá)，可以與細(xì)胞穩(wěn)定融合。

三、  3D干細(xì)胞培養(yǎng)環(huán)境的選擇

干細(xì)胞的3D培養(yǎng)也可以選擇攪拌式生物反應(yīng)器來實現(xiàn)細(xì)胞的大量擴(kuò)增， 因為生物反應(yīng)器可以自配的PID控制系統(tǒng)能準(zhǔn)確地監(jiān)測細(xì)胞的生長環(huán)境和細(xì)胞生長狀態(tài)。在細(xì)胞進(jìn)行懸浮培養(yǎng)時，通過攪拌器使培養(yǎng)基內(nèi)的營養(yǎng)成分充分混合，從而為 3D干細(xì)胞的增殖生長提供良好的生長環(huán)境。

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