Hydrogele
In ihrer physiologischen Umgebung interagieren Zellen normalerweise mit extrazellulären Faktoren in drei Dimensionen (3D). Die extrazelluläre Matrix (EZM) ist eine komplexe Formulierung biologischer Polymere, die sich aus Peptiden, Polysacchariden, Proteinen, Enzymen und Signalmolekülen zusammensetzt, die sich außerhalb von Zellen befinden. Die Wechselwirkungen zwischen Zellen und der sie umgebenden EZM bieten Anhaltspunkte, welche die Polarisierung, Form, Beweglichkeit, Differenzierung und viele andere Zellphänotypen beeinflussen können. Herkömmliche Zellkulturen werden auf einem zweidimensionalen (2D) Substrat, in der Regel Polystyrol oder Glas, aufgebracht. Die auf diese Weise gezüchteten Zellen bilden viele Phänotypen, die bei den gleichen Zelltypen in vivo beobachtet werden, oft nicht vollständig nach. Ein Ansatz, um in vitro gezüchtete Zellen ihrem entsprechenden physiologischen Gewebetyp näher zu bringen, ist die Einbettung und Kultivierung von Zellen in einem 3D-Hydrogel, das die physiologische EZM nachahmt. Diese Strategie ist eine Untergruppe des umfassenderen Ansatzes, Zellen in drei Dimensionen zu kultivieren, der üblicherweise als 3D-Zellkultur bezeichnet wird.
Abbildung 1.Hydrogele ermöglichen eine biologisch relevantere 3D-Zellkultur.
3D-Hydrogel-Anwendungen
In 3D-Hydrogelen gezüchtete Zellen haben sich in zahlreichen Anwendungen bewährt. Traditionelle immortalisierte Zelllinien können in Hydrogele eingebettet kultiviert werden, um multizelluläre Komplexe, sogenannte Sphäroide, zu bilden. Es hat sich gezeigt, dass Sphäroide eine Fülle von Informationen liefern, die von den gleichen Zellen, die unter 2D-Bedingungen kultiviert werden, nicht zu erwarten sind. In 3D-Hydrogelen gezüchtete Stammzellen können sich in verschiedene Zelltypen differenzieren, die dem natürlichen Gewebe sehr ähnlich sind. Sie können so programmiert werden, dass sie 3D-Organoide bilden, differenzierte Miniorganstrukturen, die als hochgradig vorhersagbare, reproduzierbare und skalierbare In-vitro-Modelle mit einer komplexen Physiologie verwendet werden. Andere Anwendungen für die Kultivierung von Zellen in Hydrogelen konzentrieren sich auf die Untersuchung der physikalischen Eigenschaften des Hydrogels und des mechano-sensitiven Verhaltens der Zellen, einschließlich der Bildung morphologischer Merkmale und der Zellmotilität.
Natürlich abgeleitete 3D-Hydrogele
Die herkömmlichste Methode zur Nachahmung der physiologischen extrazellulären Matrix in vitro ist die Verwendung eines Extrakts der nativen EZM aus einer biologischen Quelle. Traditionell wird der EZM-Extrakt aus der Engelbreth-Holm-Swarm (EHS) Basalmembran von Maussarkomen für 3D-Zellkulturanwendungen verwendet. Der EHS EZM-Extrakt ist bei 4 °C flüssig und geliert bei Raumtemperatur, sodass die Zellen leicht eingebettet werden können. Dieses Produkt wird als EZM-Gel-Hydrogel verkauft. Für einige Anwendungen ist ein EZM-Extrakt aus menschlichen Zellen wichtig. MaxGel™ EZM ist ein humaner, in vitro gewonnener Basalmembran-Extrakt (BME).
Synthetische 3D-Hydrogele
Die Rekonstituierung eines synthetischen Hydrogels kann für einige Anwendungen die optimale Wahl sein. Eine chemisch definierte Hydrogelformulierung verbessert die Reproduzierbarkeit, und das Vorhandensein und die Konzentration von Medienkomponenten wie Wachstumsfaktoren sind bekannt. Darüber hinaus können wichtige physikalische Parameter eines Hydrogels für bestimmte Anwendungen von Bedeutung sein. Dazu gehören:
- Elastizitätsmodul
- Porengröße
- Hydrogelquellung
- Vernetzung
- Dissoziationsbedingungen
Wir bieten verschiedene Reagenzien, Kits und Protokolle für die Entwicklung synthetischer Hydrogele an, darunter HyStem® Hydrogelgerüste, TrueGel3D™ Hydrogel-Kits und die Cell-In-a-Box® Technologie.
Abbildung 2.Synthetische extrazelluläre Matrix (EZM)
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