这篇发布在 Nature Nanotechnology 上的技术文章，旨在介绍一种新型的细胞磁悬浮 3D 组织培养技术。该技术基于一种由金、磁性氧化铁纳米粒子和丝状噬菌体组成的水凝胶介质进行 3D 培养。通过对磁场的空间控制，可以控制细胞群的几何形状，且实现不同种细胞在共培养过程中的多细胞聚集。磁悬浮的人类胶质母细胞瘤细胞显示出类似于人类肿瘤异种移植物的蛋白表达谱。综上所述，具有磁性的噬菌体水凝胶形成的悬浮 3D 培养物在蛋白质表达上更为接近体内水平，在长期的多细胞研究中可能更可行。

尽管蛋白基质胶培养或者基于旋转/搅拌方法的生物反应器均可用来进行细胞 3D 培养，但这些方法的广泛实际应用还没有实现。因此, 一种能够实现 3D 细胞培养的简单技术仍然是一个未满足的需求。为了应对这一挑战，本文作者引入了一个依靠磁力和细胞悬浮的 「3D 生物组装器」。 该技术基于细胞内吞由噬菌体（phage）、磁性氧化铁（MIO; Fe₃O₄, 磁铁矿）和金纳米颗粒组装成的生物无机水凝胶后产生磁悬浮力（图 1a）。MIO 纳米颗粒的加入是一个创新，它使得水凝胶颗粒保留了生物相容性的同时又增加了细胞培养活性及磁性可操控性。



本文所报道的技术提供了一种替代生物可降解多孔支架和蛋白质基质的 3D 培养方法。一般来说，生物可降解支架可能会受到细胞增殖缓慢或延迟和细胞间相互作用建立的影响。现有商业化产品如基质胶，是可用的且成本不是特别贵，但其化学成分是固定的 (也就是说成分是不变的)。相比之下，该新型生物组装器允许可适应的细胞磁悬浮，并可以在某些环境中提供改善的 3D 细胞生长条件。该方法无需特殊培养基且可以与标准的 2D 培养技术兼容，因此节省成本。

为了评估生物组装器内的细胞生长能力，本文作者也通过对基因改造的稳定表达 mCherry 荧光的人类胶质母细胞瘤细胞（图 3a）进行了 8 天的观察，直观且定量地监测了其生成速率、大小和存活率。在细胞悬浮 30 分钟内，细胞被聚集在一起（图 3a,0.5 h）；悬浮 24 h 形成一个有粘性的多细胞组装体，72 h 和 192 h 之间形成一个最大直径约 1 毫米的球体。将磁悬浮细胞的生长速度与标准 2D 培养细胞的生长速率进行了比较 (图 3b)。与悬浮细胞生长呈指数趋势相反，2D 细胞培养呈线性增长模式，这是表面贴壁生长的一种特征。由于在 3D 培养过程中可以达到更大体积，因此不需要标准组织培养中的消化/再铺板循环操作 (「传代」)，就可以完成大型细胞团装配。为了探讨磁悬浮在我们系统中所具有的生物学特性，作者培养了人类胶质母细胞瘤细胞，并观察到其在形态学、分子组成方面都与免疫缺陷小鼠的原位人类肿瘤异种移植物相似（图 3c）。



磁场操控可以对处于原位观察或分子成像条件下的不同细胞群进行精确的时空控制。本文以人类胶质母细胞瘤细胞（GFP 转染细胞；图 5，绿色细胞）和正常人类星形胶质细胞 （mCherry 转染细胞；红色细胞）的共培养为例，证实了对抗分析的可行性。最初，两类细胞团之间具有明显的分界面。共培养 12 h，两类细胞群开始融合，各自的球状形状变得模糊。共培养 72 h 后，人的胶质母细胞瘤细胞侵入由正常人类星形胶质细胞组成的细胞球中，两类细胞群聚集成一个球体。胶质母细胞瘤是最常见的、侵袭性和致命性的星形胶质细胞瘤，这些结果说明了该方法在对抗培养时脑瘤入侵正常脑组织的分析潜能，且具有临床意义。



该新型 3D 细胞培养技术无需借助生物可降解多孔支架和蛋白质基质，在操作和技术难度上更加优于传统的 3D 培养方法。该技术可通过 NanoShuttles 磁性试剂的加入和配套低吸附细胞培养表面的 CellStar 高质细胞培养耗材的联合使用达到一个最佳的实验效果。



通过调整磁性模块的放置位置以改变 3D 细胞培养团在培养体系的位置，来满足实验下游的不同检测需求：



Greiner Bio-One 提供多种磁悬浮 3D 培养试剂盒，满足不同客户的 3D 培养需求，试剂盒中含有 3D 磁悬浮培养试剂、磁性模块、低吸附力细胞培养微孔板等。试剂盒中各组分也可以进行独立选购。
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