zenCELL owl 应用于3D神经元培养模型的建立

3D（三维）细胞培养相较传统的2D细胞培养，更真实地模拟细胞在体内存活的环境特征，更好地反映细胞在体内的生理状态和细胞与细胞、细胞与细胞外基质、细胞与器官之间的作用机制。3D细胞培养模型已应用于诸多研究领域，比如神经科学（脑科学）。3D神经元培养模型，模拟细胞体内生存的环境，保持细胞间的相互作用及更接近真实的生理生化反应，成为研究神经/神经退行性疾病的一个重要手段。

天然大脑组织的弹性模量较低（30-500Pa），所以强度高、刚度大的材料不适合用于大脑软组织器官的构建。生物材料--水凝胶基质被证实可用于脑类器官的培养，并为其自组装提供营养环境。然而传统水凝胶组分单一，机械性能差，无法有效模拟人体软组织的力学行为。因此，寻找具备一定机械性能的水凝胶用于中枢神经系统3D培养模型的建立，具有迫切性和挑战性。此外，脑细胞外基质（ECM）含有多种基质组分，这些组分在基底膜、神经元周围基质网络和神经间质的诸多基质内有所不同，同样可能对构建3D神经元培养模型产生一定影响。

德国维尔茨堡大学Carmen Villmann教授团队结合早期开发的PCL超细纤维框增强Matrigel 模型，合成配制一种基于硫醇化透明质酸（HA-SH）的超软基质，并使用超微纤维框架（MEW）予以增强，建立了一种稳定且可重复的纤维强化水凝胶模型（弹性模量95Pa）。这种纤维强化的HA-SH使得建立新的3D模型，用以研究神经/神经退行性疾病成为可能，如图1所示。作者所使用的超微纤维框架，平均厚度为 141.4±5.7 μm，即单个poly(ɛ-caprolactone) (PCL)纤维层的空间允许水凝胶流动渗透、神经元细胞的突起生长（轴突和树突）。

图1

相关研究成果以“Reinforced Hyaluronic acid-based Matrices promote 3D Neuronal Network Formation”为题于2022年8月22日发表在《Advanced Healthcare Materials》上。

在二十多年研究进程中，Matrigel已作为神经科学中3D细胞培养的“金标准”基质。本文研究者将Matrigel、Glycosi、藻酸盐、以及自主合成的HA-SH进行了多组比较（HA-SH是基于透明质酸 (HA)与高分子量的聚（乙二醇）二丙烯酸酯 (PEGDA) 交联而成）。

研究者将小鼠皮层神经元从胚胎期 E15-17 中分离出来，分别接种到超微纤维框架增强的 Glycosil和Matrigel中，之后监测神经元细胞活力。此外，还向Glycosil中加入多种补充剂，监测神经元细胞活力的变化，然后又监测在星形胶质细胞存在的情况下，神经元细胞活力的变化。经过比较评估，发现Glycosil形式的透明质酸不是Matrigel的可行替代品。之后作者又尝试了藻酸盐及其氧化形式的ADA和交联明胶 (ADA-GEL)，以及纤维增强的HA-SH，发现星形胶质细胞支持的 HA-SH最适合用于皮质神经元的培养。后续，研究者还分别测试了PCL-frame、HA-SH 和PCLframe/HA-SH三种框架以证实PCL 框架能够有效增强HA-SH的稳定性。同时免疫细胞染色分析，证明HA-SH与星形胶质细胞层相结合，能够显著支持神经元细胞存活，允许神经元成熟和功能性神经网络形成。

在本次研究中，研究者使用zenCELL owl活细胞动态成像及分析系统，对超细纤维加强的HA -SH中3D皮层神经元和2D星形胶质细胞的共培养，进行间隔5分钟、总时长两天的实时监测。监测所得视频（如视频1、视频2）表明了HA-SH同Glycosil和ADA-GEL环境中有着相同的细胞共培养行为，即在星形胶质细胞存在的超微纤维框架增强的模型内，星形胶质细胞会从2D层迁移到水凝胶中，并朝向神经元附近生长；而皮层神经元形成树突时会朝向星形细胞体生长。

视频1:星形胶质细胞及皮层神经元在HA-SH中共培养（点击图片转至环亚官网查看视频）‍

绿色箭头：星形胶质细胞从2D层迁移到HA-SH中，并朝向神经元附近；

黄色箭头：皮层神经元形成树突并朝向星形胶质细胞体；

视频2:星形胶质细胞及皮层神经元在HA-SH中共培养（点击图片转至环亚官网查看视频）

绿色箭头：星形胶质细胞从2D层迁移到HA-SH中，并朝向神经元附近；

黄色箭头：皮层神经元形成树突并朝向星形胶质细胞体；

本研究采用3D MEW框架增强HA-SH，与神经元和星形胶质细胞构建了一个可重复模型，为研究神经和神经退行性疾病的致病机制提供了一个新的选择。

zenCELL owl活细胞动态成像及分析系统

德国InnoME公司自主研发和生产的zenCELL owl活细胞动态成像及分析系统，基于非标记、非侵入方法，原位记录细胞实时生长和定量的分析数据。zenCELL owl体积小巧，耐温耐湿，可在细胞培养箱内长时间连续工作；通过24个显微成像镜头，对24个视野进行连续的动态监测和图像获取。zenCELL owl为用户提供高质量图像、视频、统计学曲线和定量数据，实现细胞增殖／增殖抑制、细胞培养质控／培养优化、细胞形态变化、位置迁移／侵袭等诸多活细胞动态过程的监测。

环亚生物，生命科学产品全国性代理商，不断把国外顶级的创新产品引入中国。环亚生物具备完善的公司运营、产品管理、营销、售前技术支持和售后维修体系。环亚生物作为zenCELL owl产品大中华区独家代理商，负责zenCELL owl产品大中华区的营销和售后支持。

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adhm.202201826  

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