CN111235111B - 一种基于折叠无纺聚酯纤维带材的肿瘤细胞三维培养方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于折叠无纺聚酯纤维带材的肿瘤细胞三维培养方法,具体步骤包括在培养皿中放入支架,加入磷酸缓冲盐溶液洗涤支架后灭菌,加入培养基;接入待实验细胞进行培养;所述的支架为经过2次风琴折的无纺聚酯纤维带材,带材的短边与长边的长度比为1:4.5~6,长边为z字形折线;折叠形成的折痕与无纺聚酯纤维带材的短边平行并与z字形折线的顶点相交;折叠形成的相邻折面之间的面夹角为165~170°。该方法制作简单,能形成很好的空间结构,利于细胞的繁殖扩增。并且能模拟体内肿瘤微环境。本发明还提供了上述肿瘤细胞三维培养方法在药物筛选中的应用,能模拟与体内基本一致的肿瘤组织生长微环境。
Description
技术领域
本发明涉及细胞培养领域,具体涉及一种基于折叠无纺聚酯纤维带材的肿瘤细胞三维培养方法。
背景技术
肿瘤生物学的研究在体外多采用二维单层细胞培养技术,体内则主要采用实验动物模型。二维细胞培养通常为细胞生长在单层二维的塑料平面上,细胞具有较好的伸展性,培养技术较成熟,具有操作简便、经济、观察指标直观和培养条件可控等优点。
然而,研究表明,体内肿瘤微环境在肿瘤细胞的增殖、分化、转移和耐药等方面有重要作用。在细胞的二维培养体系中,肿瘤细胞在培养板表面呈单层贴壁生长,约50%的表面积粘附在细胞培养板上,与体内肿瘤相比,二维培养体系中的肿瘤细胞很少与其他细胞或基质接触,缺乏体内肿瘤微环境下肿瘤细胞相互之间、肿瘤细胞与肿瘤微环境之间的动态相互作用,因此,其不能充分真实模拟肿瘤细胞在体内的生长模式,最终影响细胞增殖、分化、凋亡、基因和蛋白表达等过程,限制了二维细胞培养技术在肿瘤生物学中的应用。
三维细胞培养技术是利用各种方法及材料使细胞呈空间立体方式生长,更接近于体内生长模式,形成类似体内组织的结构,发挥其功能。与传统的二维单层细胞相比,能够更真实地模拟实体瘤的生理状态及微环境,可以基于类组织水平、细胞水平、亚胞水平全面评价药物,弥补了体内外研究的不足。
常用的材料支架包括细胞外基质、高分子聚合材料、有机材料复合物。公开号为CN106676074A的中国发明专利申请公开了一种诱导肝癌细胞向肝癌干细胞转化的方法,将获得单细胞状态的人肝癌细胞,加入培养基中,制成细胞悬液;将细胞悬液滴加到多孔纤维素支架上,待细胞悬液渗入到多孔纤维素支架内部,置于细胞培养箱中培养贴附,然后再加入培养基置于细胞培养箱中培养数日,得到三维培养细胞。
然而,体外三维培养目前没有共识哪种方法是最好,其关键在于材料支架、培养体系及如何更好地模拟肿瘤内环境(肿瘤细胞三维培养支架、血管及细胞间的相互作用[J].中国组织工程研究,2013,17(42):7442-7448.)。因此,亟需开发一种既能模拟体内肿瘤微环境又简单易行的操作方法。
发明内容
本发明提供了一种肿瘤细胞三维培养方法,利用经过风琴折法折叠的无纺聚酯纤维作为肿瘤细胞生长的支架,制作简单,能形成很好的空间结构,并且能模拟体内肿瘤微环境。
本发明解决上述技术问题所提供的技术方案为:
一种肿瘤细胞三维培养方法,包括以下步骤:
(1)在培养皿中逐个放入支架,磷酸缓冲盐溶液洗涤支架后灭菌,加入培养基;
(2)接入待实验肿瘤细胞进行培养;
所述的支架为经过折叠的无纺聚酯纤维带材;所述的无纺聚酯纤维带材的短边与长边的长度比为1:4.5~6,所述的长边为z字形折线;所述的折叠为风琴折;折叠形成的折痕与无纺聚酯纤维带材的短边平行并且与z字形折线的顶点相交;折叠形成的相邻折面之间的面夹角为165~170°。
所述的无纺聚酯纤维带材为由两条长边和两条短边组成的平面结构。
优选地,所述的长边的z字形折线的每条线段的长度相等。
优选地,所述的折痕与短边的长度相等。
本发明所述的三维培养系方法利用折叠2次后的无纺聚酯纤维作为细胞支架,使肿瘤细胞与肿瘤细胞自身间,及肿瘤细胞与其所处的环境间构成了与体内基本一致的肿瘤组织生长微环境。
所述的肿瘤细胞三维培养方法利于肿瘤细胞增殖和迁移,同时排除了二维培养中的接触抑制效应,本发明提供的肿瘤三维培养方法较好模拟了肿瘤细胞在体内的生长,同时更好的反应抗肿瘤药物对其干预后产生的生物学效果。
本发明提供的肿瘤细胞三维培养方法以折叠的无纺聚酯纤维作为支架,利用其被折叠后自然伸展弹性,维持支架在培养皿中的空间结构,折叠形成的相邻折面之间的夹角为165~170°,既提供一定的三维空间结构,便于肿瘤细胞成团依附生长,也使肿瘤细胞间产生一定的空间缝隙,产生体内肿瘤微环境的效果。
将无纺聚酯纤维带材不折叠或折叠1次,无纺聚酯纤维带材之间易相互积压,导致生长在其上面的细胞与培养基之间的空隙变小,细胞不能和外界进行能量物质交换,细胞生长不好;无纺聚酯纤维间互相重叠,细胞生长空间较小不利于细胞的繁殖扩增。折叠3次以上,无纺聚酯纤维带材相互之间空隙太大,细胞与细胞之间的接触面积变小,不利于细胞之间的信号传导。
所述的无纺聚酯纤维带材的短边的长度为0.6~0.8cm。
所述的无纺聚酯纤维的克重是80~120克/平方米。
所述的z字形折线的相邻线段形成的线夹角为110~130°。
作为优选,z字形的两个线夹角的大小相等;所述的短边与长边形成的锐角为线夹角大小的一半。
作为优选,所述的z字形折线的相邻线段形成的线夹角为118~122°。
此时,支架具有一定的流动学原理,相互之间摩擦的概率小。
所述的聚酯纤维为聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)或聚对苯二甲酸乙二醇酯。
本发明所用的无纺聚酯纤维带材不具有细胞毒性,更利于细胞的生长增殖。
所述的培养基为含有10%胎牛血清的RPMI-1640或含有15%胎牛血清的DMEM。
所述的培养皿为40~60ml塑料管;所述的塑料管的内径为2.8~3.2cm。
所述的培养基的用量为20~30ml;所述支架的总质量为0.8~1.2g;所述肿瘤细胞的数量为0.8×106~1.2×106个。
所述肿瘤细胞为人肺癌细胞或小鼠肺癌细胞。
肿瘤细胞以一定密度接种以后,能够更好的模拟并提供肿瘤细胞在体内生长的肿瘤微环境。
本发明提供了上述肿瘤细胞的三维培养方法在药物筛选中的应用。经过三维培养方法培养的肿瘤细胞用于检测药物的IC50,更适合用于药物筛选。
本发明的有益效果主要体现在:
1、本发明利用无纺聚酯纤维构建支架,与其他材料相比,其不具有细胞毒性,更利于细胞的生长增殖。
2、本发明提供的支架,制作简单,构建出肿瘤细胞生长的支架形状能形成很好的空间结构,利于细胞的繁殖扩增。
3、本发明提供的肿瘤细胞的三维培养方法与传统二维培养方法相比,可促进肿瘤细胞的聚集,同时维持肿瘤细胞的椭球形状,并支持肿瘤细胞的正常生长,转移,更加符合肿瘤细胞在体内生长、转移的生物学行为;能模拟与体内基本一致的肿瘤组织生长微环境。
4、利用本肿瘤细胞三维培养方法,能更好的模拟活体肿瘤微环境,在移植瘤接种后成瘤更均一稳定,同时能更加完美呈现肿瘤细胞对药物的敏感性。
附图说明
附图1:实施例1中无纺聚酯纤维带材的裁剪及折叠示意图。
附图2:实施例1中用于肿瘤细胞三维培养的无纺聚酯纤维带材。
附图3:实施例2中未接种时支架在培养基中的三维状态。
附图4:实施例2中接种细胞24小时后支架在培养基中的三维状态。
附图5:实施例3建立的肿瘤细胞三维培养体系。
附图6:应用例1中二折菱形无纺聚酯纤维在培养基中的状态。
附图7:应用例1中无折菱形无纺聚酯纤维在培养基中的状态。
附图8:应用例1中菱形其他材料纤维在培养基中的状态。
附图9:培养A549细胞后的细胞生长曲线。
附图10:应用例2中肿瘤细胞三维细胞培养扩增培养小鼠lewis肺癌细胞后接种C57BL/6小鼠的成瘤性。
附图11:应用例2中肿瘤细胞三维细胞培养扩增培养小鼠lewis肺癌细胞后接种BALB/c小鼠的成瘤性
附图12:应用例2中,二维培养方法扩增培养小鼠lewis肺癌细胞后接种BALB/c小鼠的成瘤性
附图13:应用例3中顺铂作用24h后重新培养细胞状态;A为三维培养;B为通二维培养。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明,但不以任何形式限制本发明。应当指出的是,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1、肿瘤细胞三维培养的支架的制备
取无纺聚酯纤维材料(聚对苯二甲酸乙二醇酯,克重100克/平方米),如附图1所示裁剪为a边长度6cm,b边长度3cm的长方形,按照风琴折的折法,使折痕将长方形的面积三等分,折痕与a边垂直,虚线与b边形成的锐角为60°,两条虚线间距0.6cm,沿虚线剪下得到支架1。
所得的支架1短边长度0.6cm;长边总长度为6.9cm,长边为z字形,每条线段的长度为2.3cm,相邻线段之间的线夹角为120°,带材如附图2所示,折叠形成的折痕(折痕1、折痕2)与短边平行并与z字形折线的顶点相交,折叠形成的相邻折面之间的面夹角为165°。
对比例1、
取无纺聚酯纤维材料(聚对苯二甲酸乙二醇酯,克重100克/平方米),裁剪为a边长度6cm,b边长度2cm的长方形,按照风琴折的折法,使折痕将长方形的面积二等分,折痕与a边垂直,虚线与b边形成的锐角为60°,两条虚线间距0.6cm,沿虚线剪下得到支架2。
所得的支架2短边长度0.6cm;长边总长度为7cm,长边为折线形,每条线段的长度为3.5cm,两条线段之间的夹角为120°,折叠形成的折痕与短边平行并与折线的顶点相交,折叠形成的相邻折面之间的面夹角为167°。
对比例2、
取无纺聚酯纤维材料(聚对苯二甲酸乙二醇酯,克重100克/平方米),裁剪为长边为1.2cm,短边为0.6cm,长边与短边形成的锐角为60°的平行四边形,形成支架3。
对比例3、
取无纺聚酯纤维材料(聚对苯二甲酸乙二醇酯,克重100克/平方米),裁剪为a边长度6cm,b边长度4cm的长方形,按照风琴折的折法,使折痕将长方形的面积四等分,折痕与a边垂直,虚线与b边形成的锐角为60°,两条虚线间距0.6cm,沿虚线剪下得到支架3。
所得的支架3短边长度0.6cm;长边总长度为6.8cm,长边为折线形,每条线段的长度为1.7cm,两条线段之间的夹角为120°,折叠形成的折痕与短边平行并与折线的顶点相交,折叠形成的相邻折面之间的面夹角为164°。
对比例4、
参照实施例1的制备方法,取新华滤纸替换无纺聚酯纤维,得到支架5。
实施例2、肿瘤的三维培养方法
在内径为3cm的50ml塑料管中,放入1.0g支架1,用PBS洗涤3次,加入PBS后121℃,高温高压湿热灭菌15min,灭菌后吸弃PBS,加入20ml培养基1640+10%胎牛血清,如附图3所示为未接种细胞时支架的三维状态。
接入小鼠Lewis肺癌细胞1×106个,37℃,5%CO2条件下培养。如附图4所示为接种细胞24小时后支架的三维状态。
实施例3、肿瘤三维培养方法
在内径为3cm的50ml塑料管中,放入1g支架1,共个,用PBS洗涤3次,加入PBS后121℃,高温高压湿热灭菌15min,灭菌后吸弃PBS,加入30ml培养基1640+10%胎牛血清。
接入人肺癌细胞A549 1×106个cells,37℃,5%CO2条件下培养,如附图5所示。
应用例1、扩增A549细胞
在内径为3cm的50ml塑料管中,放入1g支架1,用PBS洗涤3次,加入PBS后121℃,高温高压湿热灭菌15min,灭菌后吸弃PBS,加入25ml培养基1640+10%胎牛血清。
接入A549细胞1×106个,37℃,5%CO2条件下培养,连续培养6天,通过细胞计数板计数。
将对比例制备的支架2~5替换支架1,分别用于肿瘤细胞三维培养,如附图6~8所示,37℃下,连续培养6天,通过细胞计数板计数。
实验结果如附图9所示,以支架1作为肿瘤细胞三维培养的支架,肿瘤细胞的生长状况最好,在第5天达到的细胞总数为3×108个,而以支架2~5替换支架1用于肿瘤细胞三维培养后,细胞生长状况很差,细胞数最高只能达到1.5×108个。
应用例2、肿瘤三维培养方法扩增肿瘤细胞用于小鼠移植瘤接种
在内径为3cm的50ml塑料管中,放入1g支架1,用PBS洗涤3次,加入PBS后灭菌,121℃,高温高压湿热灭菌15min,灭菌后吸弃PBS,分别加入30ml培养基1640+10%胎牛血清。
分别接入lewis肺癌细胞1×106个,37℃,5%CO2条件下连续培养5天,此时为肿瘤细胞最佳状态。
分别用胰酶消化细胞,在C57BL/6、BALB/c小鼠腋下接种,每个小鼠接种1×107个肿瘤细胞。
4周后观察小鼠成瘤性。
用普通平面二维培养方法扩增肿瘤细胞用于小鼠移植瘤接种,在1个T25方瓶中,接入lewis肺癌细胞5×105个,加入5ml 1640+10%胎牛血清,37℃,5%CO2条件下培养2天,胰酶消化后,传代到3个T75方瓶,每个方瓶加入15ml 1640+10%胎牛血清,37℃,5%CO2条件下培养2天细胞达到最佳状态。
用胰酶消化细胞,在C57BL/6、BALB/c小鼠腋下接种,每个小鼠接种1×107个肿瘤细胞。
实验结果如附图11~13所示,与T25平面二维培养方法扩增肿瘤细胞用于小鼠移植瘤接种相比,利用本三维培养系统能更好的模拟活体肿瘤微环境,在移植瘤接种后成瘤更均一稳定。
应用例3、肿瘤细胞三维方法用于药物筛选
参照应用例1、应用例2将人肺癌A549细胞三维培养后,在含顺铂的培养基中培养系统中培养24h后测定IC50值,以检测三维培养下肿瘤细胞对化疗药物的耐药性。
实验结果:二维培养条件下的A549细胞对化疗药物顺铂的IC50值为60ug/ml,三维培养条件下的A549细胞对化疗药物顺铂的IC50值为80ug/ml,反映了肺癌细胞在不同培养条件下对化疗药物的耐药性不同,三维培养条件下的肺癌细胞适合药物筛选。
Claims (4)
1.一种肿瘤细胞三维培养方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)在内径为3cm的50ml塑料管中逐个放入支架,共放入1.0g支架,加入磷酸缓冲盐溶液洗涤支架后灭菌,加入培养基;
(2)接入待实验肿瘤细胞进行培养;
所述的支架为经过折叠的、克重为100克/平方米的无纺聚酯纤维带材;所述的聚酯纤维为聚对苯二甲酸乙二醇酯;所述的无纺聚酯纤维带材的短边长度0.6cm,长边总长度6.9cm,所述的长边为z字形折线,每条线段的长度为2.3cm,相邻线段之间的线夹角为120°,与短边形成的锐角为60°;所述的折叠为风琴折;折叠形成的折痕与无纺聚酯纤维带材的短边平行并且与z字形折线的顶点相交;折叠形成的相邻折面之间的面夹角为165°。
2.根据权利要求1所述的肿瘤细胞三维培养方法,其特征在于,所述的培养基为含有10%胎牛血清的RPMI-1640或含有15%胎牛血清的DMEM。
3.根据权利要求1或2所述的肿瘤细胞三维培养方法,其特征在于,所述的培养基的用量为20~30ml;所述的肿瘤细胞的个数为0.8×106~1.2×106个。
4.根据权利要求1~3任意一项所述的肿瘤细胞的三维培养方法在药物筛选中的应用。
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