3D细胞模型-更好的疾病研究模型
在神经生物学，干细胞研究，再生医学和癌症生物学中，类器官和球体模型的使用频率越来越高。精细的组织工程方法使2D细胞培养发展为3D细胞模型成为可能，这将为您的实验带来更多的生理相关性。生成类器官和球状体模型在技术上可能具有挑战性，但一旦建立，就可以为发展转化研究项目提供关键视点，因为它们显示的基因和蛋白质表达特征更接近在体内观察到的特征。
无论您是刚刚开始3D细胞建模的研究，还是需要了解有关类器官或球状体的更多信息，或者需要适当的工具来验证您的模型，我们罗列的这份简单的5步法都可帮助您取得进展。赛默飞提供构建3D 细胞模型的5步法方案，涵盖细胞系，基质和耗材，培养基系统，以及用于成像分析的平台与试剂，帮助您从2D模型转变到3D细胞模型，或探索对现有3D细胞模型的优化。
考虑以下5步的工作流程，以帮助您改善3D细胞培养和分析。
第 1 步：细胞来源
选择可以密切模拟体内状态并生成更多相关数据的细胞系
从永生细胞系生长的2D细胞模型长期以来一直是疾病建模和药物开发的基础工具。虽然这些模型易于生长和维护，但它们通常缺乏使用3D细胞模型时更常见的生物学复杂性和生理相关性。
合适的3D细胞模型构建都始于选择正确细胞系，该细胞系要在您重复实验时最具有生物学代表性。在某些情况下，这意味着从分离的原代细胞开始，以建立肝毒性的预测模型（肝细胞）或建立皮肤模型（HUVEC或角质形成细胞）以研究药物吸收。对于更难获得的细胞类型（例如神经元），建议从干细胞开始，并利用3D微环境衍生出包含多种细胞类型的更复杂的细胞结构或“微型器官”。
构建3D细胞模型培养的产品
定制服务
我们的定制生物学细胞模型服务可以帮助您更快地达到所期待的结果。我们在研究的每个阶段都能为您提供选择，并能够支持任何项目，无论其复杂性和规模如何。选择最适合您的实验室资源和技术能力的工具和服务的组合。与我们合作，利用我们专业的细胞生物学专家团队为您提供定制的3D细胞模型解决方案，以扩大您的影响力。
我们最受欢迎的一些服务
- 干细胞建模服务
- 细胞系工程
- 分析和筛选服务
- 细胞模型服务（表征，重新编程&区分）
- 定制化验（细胞和生化）
贴士和技巧
- 设置实验时，请仔细考虑您的细胞类型，这一点尤为重要。
了解更多信息，请观看此信息网络研讨会 - 无论您使用哪种细胞系来源，在使用它们之前，请务必对它们进行支原体污染测试。
第 2 步：支架/支撑
选择正确的培养基质是成功开发类器官和球状体培养系统的重要开端
使用细胞外基质和3D培养皿可以更轻松地从2D单层环境过渡到3D模型。3D培养皿系统用于扩大规模和全面器官开发。多孔膜基系统在需要极化的上皮细胞的辅助下进行细胞分化和组织形成研究中，极具优势。
细胞外基质和3D培养皿
无论您是刚开始使用3D还是正在寻找更复杂的方法来应用3D细胞模型，我们的细胞外基质和3D培养物都可以通过改善细胞内相互作用来开发更具生理相关性的3D模型，并且批次间的可变性比其他产品低。请相信Thermo Fisher Scientific的实力，其是3D研究中最广为人知的品牌，可为大多数主要细胞类型和应用提供一致且经济高效的优化培养基，补充剂和基质。
特色基质产品
3D细胞模型培养皿
通常，培养基质可以更好地控制球状体和类器官的数量和大小，并且与酶标仪和HCA平台高度兼容。Thermo Scientific Nunclon Sphera培养系统经过专门设计，可通过选择多种培养皿，培养板和烧瓶进行3D模型培养（即球状体和类器官生长）。我们的Nunclon Sphera表面的特殊设计几乎不会让细胞附着到培养皿上，当用作无支架系统或与我们优化过的Gibco基于支架的底座（ECM/矩阵）一起使用时，能支持3D球体和类器官的建立。
基于图像分析的3D细胞培养特色仪器
小贴士和技巧
- 控制球体尺寸的几种方法包括调整初始细胞接种密度，避免使用表面积较大的培养容器（例如T瓶或大培养皿）或使用更狭窄的物理空间来促进球体形成，例如圆底微孔板（例如，96-U型孔底板）。
- Geltrex基质是从鼠Engelbreth-Holm-Swarm（EHS）肿瘤中提取的一种可溶性的基底细胞膜，可用于替代基质胶等产品。
第 3 步: 细胞培养
您的3D细胞培养系统可以进行修改和开发，以适应专门的细胞类型，例如干细胞或癌细胞系
不断生长的3D细胞模型在时间和资源上都是巨大投资，但您无需担心，您在该项目上倾注的资金会为您提供预期的3D细胞模型。除了提供适当的基质和培养皿外，我们还提供必要的Gibco基础培养液，干细胞和专门培养基，以有效地培养3D模型。Gibco培养基和试剂在许多类器官和球状体同行评审文章中被引用，表明它们广泛用于3D细胞模型的生长，分化和成熟。在模型中，适当的添加剂和培养基对于细胞生长以及在某些情况下的分化至关重要。此外， Gibco生长因子旨在为您提供高生物活性，高纯度和已得到证明的相容性。
推荐产品
| 图库 | 添加剂 | |
|---|---|---|
多能干细胞 | ||
皮肤细胞 | ||
癌症球状体 | ||
肝细胞 | ||
脑细胞 |
贴士和技巧
- 长期培养或分化方案可能需要更换一半或全部的培养基。
- 当准备从孔中吸出培养基时，将微孔板倾斜一定角度将防止移液器吸头接触在孔底部固定的球状体。
- 可以对Thermo Scientific Wellwash Versa微孔板清洗机进行编程，以快速，安全且一致地更换培养基而不会造成样品丢失
了解更多
第 4 步：监控&分析
3D细胞模型的可视化和定量分析
确认3D细胞结构保持适当的形态对于建立具有正确细胞及生化组成的3D细胞模型至关重要。3D细胞模型研究设置的成功依赖于该等技术，以便能够以多孔板的形式准确量化随时间的变化的细胞计数，大小和生长模式。此外，通过从多细胞结构快速获取z-stacks，重大的技术进步已使HCS方法适用于高通量分析。
由于细胞簇固有的细胞组织，3D培养物中所有细胞的荧光读数定量可能更加困难。随着3D细胞簇变得越来越大，越来越浓密，它们变得越发不透明，并且由于当前技术偏向于细胞簇的外围，因此并非总能实现在球状体内部的观察。清除剂和抗褪色剂可以帮助3D培养物可视化，同时保持细胞的形态，并与免疫荧光（IF），免疫细胞化学（ICC）和免疫组织化学（IHC）等技术兼容。
图 3.在Nunclon Sphera平板中生长的球状体。将549细胞接种在Nunclon Sphera96-孔板上的5K/孔处，并孵育24小时。在CellInsight CX 7LZR HCA上使用明场照明用10X物镜自动成像。
用于3D培养成像的试剂
| 产品 | 产品优势 |
|---|---|
CytoVista试剂有助于在直径最大1,000微米的样品中清晰地用荧光标记3D培养物（包括球状核）。 | |
| ProLong Glass 抗淬灭封片剂 | ProLong Glass抗淬灭封片剂是一种基于甘油的硬固化即用的封片剂，可直接应用于显微镜载玻片或盖玻片上荧光标记的细胞或组织样品。ProLong Glass封片剂在固化后的折射率为1.52，从而降低了球差，这有助于为最厚150微米的样品提供最佳分辨率。 |
基于图像的3D模型分析仪器
3Invitrogen成像技术有助于确保任何D细胞模型系统的清晰和快速可视化。
| 产品 | 产品优势 |
|---|---|
EVOS细胞成像系统使您可以对3D细胞模型进行成像和分析。 | |
可用于多孔板形式的细胞簇培养物中单个3D细胞簇的荧光特性的鉴定。 |
贴士和技巧
- 直径大于300uM的球状体可能具有坏死核心，并且可能难以进行成像和分析。
- 利用清除试剂，例如CytoVista 3D细胞培养清除试剂，可以分析从外层到核心的整个3D模型。
第 5 步：表征和分析
3D球状体模型的分子表征及应用
3D细胞模型的可视化和评估其健康状况对于确保生长条件正确至关重要，但是研究人员必须考虑更进一步的工作。开发3D细胞模型需要对其基因的表达图谱，表型标记以及细胞器的功能进行分析，以确保它们类似于所研究组织或器官的微观解剖结构。抗体可用于表征细胞系或原代细胞，而球状体正是从中形成的。在开发模型中监测mRNA表达水平可以帮助鉴定在某些处理条件下发生的细胞类型或基因表达模式的变化。使用功能探测测量线粒体健康，细胞毒性，活性氧水平和细胞凋亡情况，从而确定癌症研究实验中的成功结果
分析产品
Thermo Fisher Scientific为研究人员提供了验证3D细胞模型的必要工具。TaqMan®Assay探测和QuantStudio实时PCR是监测基因表达的简便快捷方法。我们全面的经过验证的抗体和免疫产品组合可用于检测模型系统中细胞内的，膜结合的或分泌的蛋白质标记。Invitrogen功能分析可用于评估诸如线粒体健康，细胞毒性，活性氧和凋亡等参数。
图 5.T介质细胞杀死A549球状体。将活化的T细胞（使用涂有CD3/CD28的Dynabeads磁珠从PBMC中提取）和失活的T细胞以各种浓度添加到A549球状体细胞中。分析549细胞的半胱天冬酶活性水平以确定凋亡的量。用活化的T细胞处理的HeLa细胞显示caspase活性水平升高，而用失活的T细胞处理的HeLa细胞caspase活性水平降低。共培养之前，将T细胞用CellTracker深红色染料（紫色染料）染色。使用CellEvent半胱天冬酶-3/7绿色检测试剂测量细胞凋亡（细胞死亡）。以共焦模式在CellInsight CX7 LZR HCA仪器上收集图像。明亮场图像用于确定球体面积。
推荐产品
| 产品 | 产品优势 |
|---|---|
当与TaqMan®Assay探测结合使用时，QuantStudio实时PCR仪器作为一种快速简便的方法，可用于监测发育中的类器官的基因表达水平。 | |
Applied Biosystems和Invitrogen试剂测定法支持3D模型的验证，以确保生理相关性。细胞健康，生存能力，细胞凋亡，细胞毒性，线粒体健康，DNA损伤和活性氧物种只是衡量细胞健康的几种方法。 | |
一抗识别特定的细胞标志物，可以用作表征细胞系的有用工具。Invitrogen抗体可用于多种靶标，宿主反应性以及多种应用范围。 | |
适用于在多孔板形式的细胞簇培养物中鉴定单个3D细胞簇的荧光特性。 | |
从使用ELISA的单一分析物鉴定到使用ProcartaPlex的多形式测定，Invitrogen免疫检测都包括一系列用于生物标志物鉴定，定量和分析的选项。 | |
该仪器与多种Invitrogen细胞健康测定兼容，并能够采用5种不同的测量技术，包括吸光度，荧光强度，发光，AlphaScreen或AlphaLISA以及时间分辨荧光。 |
贴士和技巧
- 在做基于图像的表征时，使用基于激光的共聚焦系统通常可以提高信噪比， 并有助于清晰，快速地使任何3D细胞模型系统可视化。
了解更多
第 1 步：细胞来源
选择可以密切模拟体内状态并生成更多相关数据的细胞系
从永生细胞系生长的2D细胞模型长期以来一直是疾病建模和药物开发的基础工具。虽然这些模型易于生长和维护，但它们通常缺乏使用3D细胞模型时更常见的生物学复杂性和生理相关性。
合适的3D细胞模型构建都始于选择正确细胞系，该细胞系要在您重复实验时最具有生物学代表性。在某些情况下，这意味着从分离的原代细胞开始，以建立肝毒性的预测模型（肝细胞）或建立皮肤模型（HUVEC或角质形成细胞）以研究药物吸收。对于更难获得的细胞类型（例如神经元），建议从干细胞开始，并利用3D微环境衍生出包含多种细胞类型的更复杂的细胞结构或“微型器官”。
构建3D细胞模型培养的产品
定制服务
我们的定制生物学细胞模型服务可以帮助您更快地达到所期待的结果。我们在研究的每个阶段都能为您提供选择，并能够支持任何项目，无论其复杂性和规模如何。选择最适合您的实验室资源和技术能力的工具和服务的组合。与我们合作，利用我们专业的细胞生物学专家团队为您提供定制的3D细胞模型解决方案，以扩大您的影响力。
我们最受欢迎的一些服务
- 干细胞建模服务
- 细胞系工程
- 分析和筛选服务
- 细胞模型服务（表征，重新编程&区分）
- 定制化验（细胞和生化）
贴士和技巧
- 设置实验时，请仔细考虑您的细胞类型，这一点尤为重要。
了解更多信息，请观看此信息网络研讨会 - 无论您使用哪种细胞系来源，在使用它们之前，请务必对它们进行支原体污染测试。
第 2 步：支架/支撑
选择正确的培养基质是成功开发类器官和球状体培养系统的重要开端
使用细胞外基质和3D培养皿可以更轻松地从2D单层环境过渡到3D模型。3D培养皿系统用于扩大规模和全面器官开发。多孔膜基系统在需要极化的上皮细胞的辅助下进行细胞分化和组织形成研究中，极具优势。
细胞外基质和3D培养皿
无论您是刚开始使用3D还是正在寻找更复杂的方法来应用3D细胞模型，我们的细胞外基质和3D培养物都可以通过改善细胞内相互作用来开发更具生理相关性的3D模型，并且批次间的可变性比其他产品低。请相信Thermo Fisher Scientific的实力，其是3D研究中最广为人知的品牌，可为大多数主要细胞类型和应用提供一致且经济高效的优化培养基，补充剂和基质。
特色基质产品
3D细胞模型培养皿
通常，培养基质可以更好地控制球状体和类器官的数量和大小，并且与酶标仪和HCA平台高度兼容。Thermo Scientific Nunclon Sphera培养系统经过专门设计，可通过选择多种培养皿，培养板和烧瓶进行3D模型培养（即球状体和类器官生长）。我们的Nunclon Sphera表面的特殊设计几乎不会让细胞附着到培养皿上，当用作无支架系统或与我们优化过的Gibco基于支架的底座（ECM/矩阵）一起使用时，能支持3D球体和类器官的建立。
基于图像分析的3D细胞培养特色仪器
小贴士和技巧
- 控制球体尺寸的几种方法包括调整初始细胞接种密度，避免使用表面积较大的培养容器（例如T瓶或大培养皿）或使用更狭窄的物理空间来促进球体形成，例如圆底微孔板（例如，96-U型孔底板）。
- Geltrex基质是从鼠Engelbreth-Holm-Swarm（EHS）肿瘤中提取的一种可溶性的基底细胞膜，可用于替代基质胶等产品。
第 3 步: 细胞培养
您的3D细胞培养系统可以进行修改和开发，以适应专门的细胞类型，例如干细胞或癌细胞系
不断生长的3D细胞模型在时间和资源上都是巨大投资，但您无需担心，您在该项目上倾注的资金会为您提供预期的3D细胞模型。除了提供适当的基质和培养皿外，我们还提供必要的Gibco基础培养液，干细胞和专门培养基，以有效地培养3D模型。Gibco培养基和试剂在许多类器官和球状体同行评审文章中被引用，表明它们广泛用于3D细胞模型的生长，分化和成熟。在模型中，适当的添加剂和培养基对于细胞生长以及在某些情况下的分化至关重要。此外， Gibco生长因子旨在为您提供高生物活性，高纯度和已得到证明的相容性。
推荐产品
| 图库 | 添加剂 | |
|---|---|---|
多能干细胞 | ||
皮肤细胞 | ||
癌症球状体 | ||
肝细胞 | ||
脑细胞 |
贴士和技巧
- 长期培养或分化方案可能需要更换一半或全部的培养基。
- 当准备从孔中吸出培养基时，将微孔板倾斜一定角度将防止移液器吸头接触在孔底部固定的球状体。
- 可以对Thermo Scientific Wellwash Versa微孔板清洗机进行编程，以快速，安全且一致地更换培养基而不会造成样品丢失
了解更多
第 4 步：监控&分析
3D细胞模型的可视化和定量分析
确认3D细胞结构保持适当的形态对于建立具有正确细胞及生化组成的3D细胞模型至关重要。3D细胞模型研究设置的成功依赖于该等技术，以便能够以多孔板的形式准确量化随时间的变化的细胞计数，大小和生长模式。此外，通过从多细胞结构快速获取z-stacks，重大的技术进步已使HCS方法适用于高通量分析。
由于细胞簇固有的细胞组织，3D培养物中所有细胞的荧光读数定量可能更加困难。随着3D细胞簇变得越来越大，越来越浓密，它们变得越发不透明，并且由于当前技术偏向于细胞簇的外围，因此并非总能实现在球状体内部的观察。清除剂和抗褪色剂可以帮助3D培养物可视化，同时保持细胞的形态，并与免疫荧光（IF），免疫细胞化学（ICC）和免疫组织化学（IHC）等技术兼容。
图 3.在Nunclon Sphera平板中生长的球状体。将549细胞接种在Nunclon Sphera96-孔板上的5K/孔处，并孵育24小时。在CellInsight CX 7LZR HCA上使用明场照明用10X物镜自动成像。
用于3D培养成像的试剂
| 产品 | 产品优势 |
|---|---|
CytoVista试剂有助于在直径最大1,000微米的样品中清晰地用荧光标记3D培养物（包括球状核）。 | |
| ProLong Glass 抗淬灭封片剂 | ProLong Glass抗淬灭封片剂是一种基于甘油的硬固化即用的封片剂，可直接应用于显微镜载玻片或盖玻片上荧光标记的细胞或组织样品。ProLong Glass封片剂在固化后的折射率为1.52，从而降低了球差，这有助于为最厚150微米的样品提供最佳分辨率。 |
基于图像的3D模型分析仪器
3Invitrogen成像技术有助于确保任何D细胞模型系统的清晰和快速可视化。
| 产品 | 产品优势 |
|---|---|
EVOS细胞成像系统使您可以对3D细胞模型进行成像和分析。 | |
可用于多孔板形式的细胞簇培养物中单个3D细胞簇的荧光特性的鉴定。 |
贴士和技巧
- 直径大于300uM的球状体可能具有坏死核心，并且可能难以进行成像和分析。
- 利用清除试剂，例如CytoVista 3D细胞培养清除试剂，可以分析从外层到核心的整个3D模型。
第 5 步：表征和分析
3D球状体模型的分子表征及应用
3D细胞模型的可视化和评估其健康状况对于确保生长条件正确至关重要，但是研究人员必须考虑更进一步的工作。开发3D细胞模型需要对其基因的表达图谱，表型标记以及细胞器的功能进行分析，以确保它们类似于所研究组织或器官的微观解剖结构。抗体可用于表征细胞系或原代细胞，而球状体正是从中形成的。在开发模型中监测mRNA表达水平可以帮助鉴定在某些处理条件下发生的细胞类型或基因表达模式的变化。使用功能探测测量线粒体健康，细胞毒性，活性氧水平和细胞凋亡情况，从而确定癌症研究实验中的成功结果
分析产品
Thermo Fisher Scientific为研究人员提供了验证3D细胞模型的必要工具。TaqMan®Assay探测和QuantStudio实时PCR是监测基因表达的简便快捷方法。我们全面的经过验证的抗体和免疫产品组合可用于检测模型系统中细胞内的，膜结合的或分泌的蛋白质标记。Invitrogen功能分析可用于评估诸如线粒体健康，细胞毒性，活性氧和凋亡等参数。
图 5.T介质细胞杀死A549球状体。将活化的T细胞（使用涂有CD3/CD28的Dynabeads磁珠从PBMC中提取）和失活的T细胞以各种浓度添加到A549球状体细胞中。分析549细胞的半胱天冬酶活性水平以确定凋亡的量。用活化的T细胞处理的HeLa细胞显示caspase活性水平升高，而用失活的T细胞处理的HeLa细胞caspase活性水平降低。共培养之前，将T细胞用CellTracker深红色染料（紫色染料）染色。使用CellEvent半胱天冬酶-3/7绿色检测试剂测量细胞凋亡（细胞死亡）。以共焦模式在CellInsight CX7 LZR HCA仪器上收集图像。明亮场图像用于确定球体面积。
推荐产品
| 产品 | 产品优势 |
|---|---|
当与TaqMan®Assay探测结合使用时，QuantStudio实时PCR仪器作为一种快速简便的方法，可用于监测发育中的类器官的基因表达水平。 | |
Applied Biosystems和Invitrogen试剂测定法支持3D模型的验证，以确保生理相关性。细胞健康，生存能力，细胞凋亡，细胞毒性，线粒体健康，DNA损伤和活性氧物种只是衡量细胞健康的几种方法。 | |
一抗识别特定的细胞标志物，可以用作表征细胞系的有用工具。Invitrogen抗体可用于多种靶标，宿主反应性以及多种应用范围。 | |
适用于在多孔板形式的细胞簇培养物中鉴定单个3D细胞簇的荧光特性。 | |
从使用ELISA的单一分析物鉴定到使用ProcartaPlex的多形式测定，Invitrogen免疫检测都包括一系列用于生物标志物鉴定，定量和分析的选项。 | |
该仪器与多种Invitrogen细胞健康测定兼容，并能够采用5种不同的测量技术，包括吸光度，荧光强度，发光，AlphaScreen或AlphaLISA以及时间分辨荧光。 |
贴士和技巧
- 在做基于图像的表征时，使用基于激光的共聚焦系统通常可以提高信噪比， 并有助于清晰，快速地使任何3D细胞模型系统可视化。
了解更多
《细胞生物学全流程手册》
我们简化了产品系列，向您展示我们最受欢迎的产品和服务如何用作单一工具或综合系统解决方案。本手册旨在帮助您更快地寻找合适的细胞生物学产品并深入理解我们如何帮助您加快研究。