美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院(NIST)的科學(xué)家們?cè)诟F(xiàn)實(shí)的環(huán)境中為實(shí)驗(yàn)藥物的測(cè)試鋪平了道路，他們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了如何在培養(yǎng)皿中以有用的新方式使細(xì)小的細(xì)胞集落生長(zhǎng)。

研究小組的發(fā)現(xiàn)可能有助于微型“芯片實(shí)驗(yàn)室”技術(shù)的設(shè)計(jì)者在芯片的微小室內(nèi)生長(zhǎng)肝癌細(xì)胞的三維集落，而不是現(xiàn)在通?？梢耘囵B(yǎng)的僅僅是二維的集落。由于許多固體組織腫瘤本身是三維的，因此3-D細(xì)胞陣列可以提供比現(xiàn)有的更實(shí)際的生物環(huán)境來測(cè)試藥物。

“由于腫瘤細(xì)胞系通常用于檢測(cè)抗癌化合物，生物醫(yī)學(xué)界正在積極尋找在三維細(xì)胞培養(yǎng)中測(cè)試這些藥物的方法，”NIST的生物醫(yī)學(xué)工程師Darwin Reyes-Hernandez說。“我們的研究結(jié)果可以幫助彌合實(shí)驗(yàn)室和生物細(xì)胞分析之間的差距，這種差距目前限制了藥物的發(fā)現(xiàn)過程。”

為了實(shí)現(xiàn)芯片實(shí)驗(yàn)室技術(shù)的承諾，芯片的內(nèi)部需要具有與身體本身相同的許多特征，例如在彼此存在的許多不同的細(xì)胞類型中。科學(xué)家已經(jīng)可以通過簡(jiǎn)單地在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)皿中將它們一起生長(zhǎng)來探索單一細(xì)胞類型在藥物分子存在下的作用。但藥物必須在體內(nèi)起作用，而不僅僅是實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)。為了以受控方式研究細(xì)胞 - 細(xì)胞相互作用，科學(xué)家在培養(yǎng)皿中培養(yǎng)多種細(xì)胞類型，通過改變生長(zhǎng)表面的特征使每種類型生長(zhǎng)在不同的位置，這種技術(shù)稱為微圖案。

NIST團(tuán)隊(duì)的成員專注于微流體技術(shù)，這些技術(shù)將在芯片的物理環(huán)境中形成大部分實(shí)驗(yàn)室，最初的目標(biāo)是使兩種不同類型的人體細(xì)胞在一個(gè)表面上并排生長(zhǎng)：肝癌細(xì)胞以及內(nèi)皮細(xì)胞，它排列體內(nèi)的血管，對(duì)癌癥進(jìn)展至關(guān)重要。根據(jù)加利福尼亞州拉霍亞的Theiss Research訪問的NIST客座研究員Kiran Bhadriraju的說法，僅僅找到一種方法來創(chuàng)建兩種細(xì)胞類型之間的共享邊界將是一項(xiàng)值得的成就。他說，用于產(chǎn)生這種微圖案共培養(yǎng)物的現(xiàn)有技術(shù)是麻煩的，并且不容易用于大規(guī)模藥物測(cè)試。

研究小組認(rèn)為，當(dāng)他們用兩種不同的粘合劑 - 纖連蛋白單獨(dú)涂覆纖維連接蛋白和其他物質(zhì)(稱為混合細(xì)胞粘附材料(hCAM))時(shí)，肝癌細(xì)胞很容易粘在hCAM上，而內(nèi)皮細(xì)胞會(huì)堅(jiān)持纖維連接蛋白。初步實(shí)驗(yàn)證實(shí)了他們的預(yù)感，這一發(fā)現(xiàn)為NIST科學(xué)家提供了一種方法，可以在他們想要的地方創(chuàng)建腫瘤和內(nèi)皮細(xì)胞的共培養(yǎng)物。

創(chuàng)造他們最初尋求的共享邊界本身就是一項(xiàng)成就，但還有更多未來。當(dāng)他們使用稱為激光共聚焦顯微鏡的技術(shù)拍攝細(xì)胞圖像時(shí)，該團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)hCAM表面上的細(xì)胞已經(jīng)在三維中生長(zhǎng)了分層陣列。添加第三種稱為轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶的蛋白質(zhì) - 一種將蛋白質(zhì)分子粘合在一起的粘性酶 - 它們可以使肝癌細(xì)胞形成僅一個(gè)細(xì)胞厚的陣列，從而使它們能夠控制該過程。

他說，了解化學(xué)物質(zhì)，表面和肝癌細(xì)胞之間這種相對(duì)簡(jiǎn)單的關(guān)系對(duì)于培養(yǎng)癌細(xì)胞以及完全不同的細(xì)胞類型可能是有用的，并且可能允許這些小細(xì)胞培養(yǎng)物按比例放大以進(jìn)行高通量工作一家制藥公司需要測(cè)試大量候選藥物。

“我們希望其他癌細(xì)胞系可以用于微觀模式化相似的共培養(yǎng)，”Bhadriraju說。“雖然這里使用的肝癌細(xì)胞系是制藥行業(yè)用于檢測(cè)抗癌藥物的重要細(xì)胞系，但我們尚未測(cè)試其他癌細(xì)胞類型是否會(huì)形成相同類型的3-D結(jié)構(gòu)。但我們'相反，我們涂在表面的這些蛋白質(zhì)通常與其他種類的癌細(xì)胞一起使用。“