HCS Pharma – BIOMIMESYS® 3D technology

BIOMIMESYS®是由法國HCS Pharma公司(以下簡稱HCS)開發的3D培養技術,能夠製造出具備生物學特性的細胞外基質(extra-cellular matrix, ECM)結構來培養細胞。BIOMIMESYS®產品是透過己二醯肼(Adipic acid dihydrazide, ADH)進行交叉鏈結(crosslinking)作用來製造,原料包括水溶性改質玻尿酸(Hyaluronic Acid, HA)跟細胞外基質成分(膠原蛋白、纖連蛋白等),藉此形成ECM結構。

玻尿酸在ECM扮演數種不同功能的重要角色。這個醣胺聚醣(glycosaminoglycan, GAG)類分子擁有聚合的能力,能夠形成支架般的構造以維持組織結構。此外,這個分子有跟水分子結合的功用,能夠將水吸附在表面藉此跟數種不同的生長因子結合

目前,HCS公司已經創建了一種使用玻尿酸作為生物聚合物來合成製造3D細胞培養系統的程序,以此能夠保持玻尿酸的所有特性,進而讓仿造出來的ECM具備所有生物特性(相同的結構、細胞吸附性、儲水性、信號庫等等)。HCM的BIOMIMESYS®技術是目前市面上唯一能讓仿造ECM的培養基同時具有維持固態跟與跟水分子結合兩種特性的技術,藉此得以讓水附著在上面。由於有這兩種特性,HCS又將此3D培養系統稱為水支架hydroscaffold)。

由於不同的器官、細胞外基質在組成成分跟比率上會有所不同,導致細胞環境在密度、緊密上也或多或少有所不同(不同的彈性係數、孔隙率等)。BIOMIMESYS®的3D培養技術讓HCS Pharma能夠依狀況調整,仿造每個器官不同的細胞環境

(請點此登入HCS Pharma公司官網)

 

 


產品介紹


操作手冊


BIOMIMESYS® Adipose tissue

 

BIOMIMESYS® Adipose Tissue(脂肪組織) 是一種具備生物機能的玻尿酸(HA)水支架,含有脂肪組織細胞外基質成分,包括:膠原蛋白I、膠原蛋白VI和纖連蛋白的細胞結合領域(RGDS)。BIOMIMESYS® Adipose Tissue提供誘導性微環境,能讓培養的前脂肪細胞在這環境中完全分化。這些前脂肪細胞受誘導後,就會像在in vivo環境內生長時一樣,分化為圓形脂肪細胞,並且對脂肪細胞的脂肪生成和脂解作用的調節具影響力。

為了進一步讓產品能夠更接近脂肪ECM的結構,HCS令其HA支架的機械物理性質在楊氏模數(Young’s modulus)達到0.5kPa,這與天然脂肪組織ECM的數值相同。此外BIOMIMESYS® Adipose Tissue的孔徑範圍為70至170μm,提供足夠的空間既能讓培養液和營養物質流動循環,也能讓大型脆弱的初代脂肪細胞行細胞 – 細胞細胞 – 基質交互作用以讓細胞成熟。另外,這樣的結構也提供足夠的機械強度支持,讓這個水支架容易使用

BIOMIMESYS® Adipose tissue能提高前脂肪細胞中的脂肪形成標記基因的表現:

●  早期表現基因如FABP4(脂肪酸結合蛋白):

●  晚期表現基因如GLUT4(葡萄糖轉運蛋白)​​:

 

與在2D培養方式的培養脂肪細胞相比,在BIOMIMESYS® Adipose tissue 中培養的脂肪細胞,於生長時能呈現更好的分化表現,表現出更好的脂質累積:

相關資料

BIOMIMESYS® Adipose Tissue技術資料表

BIOMIMESYS® Adipose Tissue海報

BIOMIMESYS® Adipose Tissue出版文獻

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BIOMIMESYS® Liver

 

BIOMIMESYS® Liver水支架的組成材料,包括與RGDS和半乳糖胺(galactosamine)接枝的玻尿酸、己二酸二酰肼交叉聯結劑和細胞外基質(ECM)蛋白質(膠原蛋白I和膠原蛋白IV),以模擬肝臟 – ECM的組成。SEM圖像顯示了BIOMEMISYS® Liver水凝膠的仿生結構,包括其膠原鏈。

細胞外基質(ECM)是決定細胞活性和活力的重要因素。肝細胞是由複雜的細胞外微結構所組成和維持,其ECM的化合物在肝功能調節中發揮巨大作用。而膠原蛋白、醣蛋白和醣胺聚醣(GAG)構成大部分肝臟的ECM; 這些分子也在細胞生理學中發揮重要作用。

BIOMIMESYS®Liver水支架

取自去細胞肝臟的ECM(左側)和 BIOMIMESYS® Liver(右側)

玻尿酸(HA)在肝組織的物理性質中具有重要作用。HA能隔離水以維持ECM的水合作用,並且提供潤滑功用以方便細胞運動和遷移。HA在新肝組織形成期間扮演重要角色,它能促進細胞增殖的活性。這些性質以及能在做移植時避免免疫反應的能力,讓HA非常適合用於3D細胞培養和體內治療(in vivo treatments)。

物理化學性質:
BIOMIMESYS® Liver水支架的機械物理性質具有0.6 kPa的楊氏模數,與肝臟ECM的範圍相當。這個水合支架為多孔結構,孔徑直徑範圍為60μm至130μm。

球狀細胞(Spheroid)的生長與發育: 提高培養存活時間
在比較用2D細胞跟3D細胞培養方式的培養實驗中,HCS培養了HepG2 – 初代人肝細胞和肝癌細胞株,發現細胞在3D培養中能保持存活更久。此外,初代人肝細胞在3D培養方式中保持其代謝活性的時間也較在2D培養中更長,甚至在夾心培養(sandwich culture)中也是如此。

 

維持肝細胞功能:形成膽管相關的基因 – HepG2

以共定位分析膽管網路成型時,肌動蛋白(actin)與MRP2基因表現

 

維持肝臟的代謝活動: 冷凍保存的人類肝細胞檢體
以BIOMIMESYS® Liver培養的肝細胞分泌的白蛋白,要比2D培養肝細胞分泌的量多20至30倍。

在以2D或3D培養7天後,進行基礎CYP活性的分析。

 

與夾心2D培養方式相比,使用BIOMIMESYS® Liver培養的細胞基礎CYP活性更高。

 

相關資料

BIOMIMESYS® Liver技術資料表

BIOMIMESYS® Liver海報

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BIOMIMESYS® Brain

 

BIOMIMESYS® Brain是一個獨特並能立即使用(ready to use)的生物功能化玻尿酸(HA)水支架,適用於培養神經細胞。 BIOMIMESYS® Brain是透過雙重交叉鏈結反應來製造,鏈結的材料包括:腦細胞外基質的成分膠原蛋白I和膠原蛋白IV、纖連蛋白的細胞結合域(RGDS)、陽離子生物聚合物以及玻尿酸。BIOMIMESYS® Brain 提供了一個能讓神經元細胞進行長期培養的微環境。

為了更進一步接近天然腦細胞的ECM構成,HCS讓針對腦細胞培養的生物功能化玻尿酸基水支架的機械物理性質,具備0.1 kPa(軟水支架)的低楊氏模數,這個數值與天然的腦ECM相同。由於HCS一直希望能更完美地好模仿大腦結構的各種特性,因此BIOMIMESYS® Brain 的組成包含80%空白體積並具備高孔隙率,孔隙平均在150±30微米

BIOMIMESYS® Brain 還提供了足夠的空間,給脆弱的神經元細胞進行細胞-細胞細胞-基質交互作用需要的氣體、培養液和營養物的流動循環。同時其結構也提供足夠機械強度支持,讓這個水支架容易使用

在BIOMIMESYS®Brain中接種後6,13和20天的多巴胺能神經元(Luhmes細胞)圖片。綠色:β3-微管蛋白,藍色:以Hoechst染色的細胞核; 比例尺=200μm

植入的神經元細胞能以球狀體形式在3D培養環境中生長。相較於以2D培養方式培養的細胞,以BIOMIMESYS®Brain培養的細胞能維持這個形狀較長時間。在觀察中也發現到球狀內神經突的形成(第6天,第13天),並且還會觀察到之後神經突在球狀體之間形成(第20天)。

 

相關資料

BIOMIMESYS® Brain技術資料表

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BIOMIMESYS® Oncology

 

細胞外基質(ECM)是由各種不同成分(GAG,膠原蛋白等)組成的複雜黏彈性系統,通常由纖維狀的微結構構成。

ECM的物理化學性質(組成和結構),在調節細胞功能如擴散、遷移、增殖和分化中扮演著關鍵角色。

為了能夠更完善地模擬腫瘤細胞的微環境, HCS Pharma開發了 BIOMIMESYS®Oncology , 一種以己二酸二酰肼(ADH)去交叉鏈結膠原蛋白I玻尿酸(HA)的雙重穿透網狀(interpenetrating network, IPN)水支架

BIOMIMESYS®Oncology的SEM切片觀察:切片放大倍數

HTC-116細胞 – 第30天 – DAPI(藍色)MitoTracker(黃色)Edu(綠色)合併顏色 – 10倍深層視圖

 

球狀細胞生長、活力,細胞增殖
BIOMIMESYS® Oncology 水支架提供與細胞結合位點的CD44RHAMM,得以讓細胞進行細胞-基質和細胞-細胞交互作用。

BIOMIMESYS® Oncology水支架中培養的癌細胞,能從培養的第5天開始增殖並聚集形成球狀體細胞。球狀體的大小和形成會隨以下因素變動:

●植入密度
●培養時間
●細胞類型
培養的細胞能至少存活28天。

在BIOMIMESYS®Oncology中生長的結腸直腸癌細胞

HT-29細胞 – 第7天 – DAPI(藍色)MitoTracker(黃色)

HTC-116細胞 – 第15天 – DAPI(藍色)MitoTracker(黃色)Edu(綠色)

HTC-116細胞 – 第30天 – DAPI(藍色)MitoTracker(黃色)Edu(綠色)以及合併顏色

相關資料

BIOMIMESYS® Oncology技術資料表

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