人體內(nèi)的細(xì)胞生活在驚人復(fù)雜的三維環(huán)境中，這對(duì)于它們的正常功能至關(guān)重要。例如，肺由不同種類的細(xì)胞層組成，這些細(xì)胞一起工作以在空氣和血液之間交換氧氣和二氧化碳。

這些細(xì)胞一起工作的方式，以及它們表達(dá)的彼此交流的化學(xué)物質(zhì)，當(dāng)它們生活在平坦的二維表面上時(shí)會(huì)發(fā)生變化。

鑒于細(xì)胞行為和表達(dá)的這些差異，有趣的是，測(cè)試新藥物和化學(xué)品的標(biāo)準(zhǔn)是使用平底培養(yǎng)皿中培養(yǎng)的細(xì)胞的測(cè)試。

為了更準(zhǔn)確地模擬藥物或有毒化學(xué)物質(zhì)對(duì)真實(shí)生物組織的影響，萊斯大學(xué)和德克薩斯大學(xué)休斯敦MD安德森癌癥中心的科學(xué)家開(kāi)發(fā)了一種新的實(shí)驗(yàn)室技術(shù)，利用磁懸浮技術(shù)在三個(gè)細(xì)胞中生長(zhǎng)細(xì)胞。- 三維形狀。與在平坦表面上生長(zhǎng)的細(xì)胞培養(yǎng)物相比，這些3-D細(xì)胞培養(yǎng)物形成的組織更接近于體內(nèi)的組織。該技術(shù)有可能大大降低開(kāi)發(fā)新藥的成本，并在測(cè)試制造化學(xué)品的安全性時(shí)減少動(dòng)物的使用。該團(tuán)隊(duì)的成果于2010年3月在Nature Nanotechnology上發(fā)布。

“現(xiàn)在有一個(gè)很大的推動(dòng)力，尋找在3-D中培養(yǎng)細(xì)胞的方法，因?yàn)樯眢w是3-D，而且更接近天然組織的培養(yǎng)物有望為臨床前藥物測(cè)試提供更好的結(jié)果，”研究公司說(shuō)。作者湯姆基利安，賴斯物理學(xué)副教授。“如果你能將早期藥物篩查的準(zhǔn)確度提高10%，估計(jì)每種藥物可以節(jié)省多達(dá)1億美元。”

新技術(shù)是專家從不同領(lǐng)域走到一起時(shí)可能產(chǎn)生的創(chuàng)新的一個(gè)例子?；彩褂么艌?chǎng)來(lái)捕獲和操縱已經(jīng)冷卻到接近絕對(duì)零度的原子。他一直在與賴斯生物工程師羅伯特拉斐爾合作開(kāi)發(fā)一個(gè)利用磁場(chǎng)探測(cè)細(xì)胞膜的方法。

Killian的朋友Glauco Souza當(dāng)時(shí)正在與該中心的教授Wadih Arap和Renata Pasqualini一起學(xué)習(xí)，有一天他提到他正在開(kāi)發(fā)一種可以用磁性納米粒子裝載細(xì)胞的凝膠。

“我們想知道我們是否能夠利用磁場(chǎng)將經(jīng)處理的細(xì)胞懸浮在培養(yǎng)皿的底部，使它們能夠以3D形式生長(zhǎng)，”Souza說(shuō)，他于2009年離開(kāi)MD Anderson共同創(chuàng)建了Nano3D Biosciences，隨后從Rice和MD Anderson獲得技術(shù)許可的初創(chuàng)公司。

“當(dāng)我們嘗試時(shí)，”Killian說(shuō)，“我們對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)的強(qiáng)大程度以及它們?nèi)绾握故九c真實(shí)組織相似的組織形狀感到震驚。”

3-D技術(shù)簡(jiǎn)單，快速，無(wú)需特殊設(shè)備。與試圖將細(xì)胞培養(yǎng)進(jìn)入第三維的其他技術(shù)相比，這些都是很大的優(yōu)勢(shì)。

Souza表示，Nano3D Biosciences正在進(jìn)行額外的測(cè)試，他希望他們能夠證明磁懸浮與使用支架生長(zhǎng)3-D細(xì)胞培養(yǎng)的長(zhǎng)期技術(shù)一樣好，甚至更好。

Nano3D Biosciences還獲得了美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)的資助，利用其技術(shù)生長(zhǎng)肺組織分層模型，可用于測(cè)試空氣中化學(xué)物質(zhì)的毒性。

Nature Nanotechnology論文的共同作者包括Robert Raphael，Daniel Stark，Jeyarama Ananta和Rice的Killian; Nano3D Biosciences的Glauco Souza和Carly Levin; 和Jennifer Molina，Michael Ozawa，Lawrence Bronk，Jami Mandelin，Maria-Magdalena Georgescu，James Bankson，Juri Gelovani，Wadih Arap和Renata Pasqualini，MD Anderson。

該研究由國(guó)家科學(xué)基金會(huì)，MD安德森的奧德賽學(xué)者計(jì)劃，國(guó)防部乳腺癌研究計(jì)劃，大衛(wèi)和露西爾帕卡德基金會(huì)，吉爾森 - 隆根堡基金會(huì)，馬庫(kù)斯基金會(huì)，AngelWorks，國(guó)立衛(wèi)生研究院和國(guó)家癌癥研究所。