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首頁3D 細胞培養用於 3D 細胞培養的光交聯水凝膠

用於 3D 細胞培養的光交聯水凝膠

三維（3D）細胞培養系統在生物醫學研究、藥物發現和組織工程（TE）應用（包括生物打印）方面的價值與日俱增。支持細胞增殖和存活所需架構的三維細胞培養技術的進步，有助於改善複雜 體內 環境的再現。 水凝胶 是由交联剂固定在一起的三维网络结构，具有高亲水性和固有的生物相容性，是三维细胞培养和 TE 应用（如三维生物打印）的理想选择。

由膠原蛋白、明膠和透明質酸衍生的天然水凝膠具有高生物相容性，這是支援細胞存活、增殖、分化和運動的固有優勢。這些與原生細胞外基質 (ECM) 獨特的組成與結構相似性，可為細胞功能、黏附與移植提供有效的平台。三維水凝膠支架用於細胞培養和 TE 應用的相容性和多功能性，可透過增強水凝膠交聯的穩定聚合物網路來改善。在紫外光 (UV) 或可見光下，可形成原位交聯 (Photoinitiated crosslinks)，以控制水凝胶的硬度和凝膠化速率，並製造不同程度的交聯含量。微創的光交聯水凝膠是 3D 細胞培養和 TE 應用的理想選擇，可提供卓越的時間和空間控制。

製造光交聯 GelMA 水凝胶

圖 1.光交聯 GelMA 水凝胶的製作。明膠與甲基丙烯酸酐 (MA) 反應生成甲基丙烯酸明膠 (GelMA)，在光啟動劑 Irgacure® 2959 的存在下暴露於紫外光或可見光下，形成水凝膠結構，用於 3D 細胞培養和生物打印應用。

光引发剂的类型

Irgacure® 2959 (I2959)：高效 UV 光敏光引发剂，具有中等水溶性，适用于水性和光固化体系，包括水凝胶和生物水墨。Irgacure® 使用紫外光 (365 nm) 活化效率最高。在低濃度下，Irgacure® 2959 具有良好的細胞相容性，不黃變、低揮發性和細胞學性，且免疫原性極低。

LAP (苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰基膦酸鋰)： 水溶性及可見光感應，具有高效率及細胞相容性。適用於水凝膠或生物墨水聚合，LAP 需要藍光 (405 奈米) 進行光交聯。LAP 有助於提高細胞活力和聚合速率。

Ruthenium: 水溶性和可見光敏感性，在低劑量可見光 (400-450 nm) 下可共價交聯。對可見光曝露的獨特速度和效率，是組織工程、3D 細胞培養和生物打印應用的理想選擇。

光交聯水凝膠套件包含高品質的改性天然水凝膠，包括甲基丙烯酸化 I 型膠原 (PhotoCol®)、明膠 (PhotoGel®) 或透明質酸 (PhotoGel®)。) 或透明質酸 (PhotoHA®) 以及光引導劑 (Irgacure® 2959、LAP 或 Ruthenium) 和最佳化的緩衝液和溶液，以符合各種 3D 細胞培養或生物打印應用。

使用光交聯水凝膠進行生物打印

圖 2.使用光交聯水凝膠進行生物打印。源自膠原蛋白、明膠和透明質酸的光交聯天然水凝膠可用作 3D 生物打印應用的生物inks。這些光交聯水凝膠有助於增強生物相容性、降解性和生物打印加工性。

光交聯水凝膠的物理特性

圖 3.光交聯水凝膠的物理特性。交聯PhotoHA®暴露於紫外光（320-390nm）和0.05% Irgacure® 2959 (上圖)、1% 和 3% PhotoHA® 水凝膠在 10% 和 20% 之間產生的壓縮模量應力-應變曲線 (左下圖)、1% 和 3% PhotoHA® 水凝膠在磷酸鹽緩衝液中孵育前和孵育後的膨脹特性。sup>® 水凝胶在 25 °C 磷酸盐缓冲盐水中培养 24 小时前后的图像（右下）。

使用 PhotoCol 進行人類間充質幹細胞的生物打印

圖 4.使用 PhotoCol® 進行人類間充質幹細胞的生物打印。PhotoCol®（甲基丙烯酸甲酯膠原）可作為快速自我組合的 I 型膠原，形成交聯水凝膠用於組織工程。甲基丙烯酸甲酯膠原可透過改變膠原濃度或紫外線照射，形成不同硬度的支架。人體脂肪衍生間充質幹細胞 (SCC038) (10X106 cells/mL)，圖為使用 PhotoCol® 作為生物墨水材料，進行生物打印後 1 天。使用活/死檢測法（綠色=存活，紅色=死亡）對細胞健康進行評估。使用 PhotoCol® 進行生物打印後，大部分 (>90%) 的幹細胞都是存活的。

在與釕交聯的 PhotoGel® 水凝膠中培養的細胞

圖 5.在與釕交聯的 PhotoGe® 水凝膠中培養的細胞。將人類間充質基質細胞 (SCC034) (左)、人類間充質基質細胞與人類靜脈內皮細胞 (HUVEC) 結合 (中) 及人類真皮纖維母細胞 (右) 包覆在 PhotoGel® 水凝膠中，並以釕及可見光 (400-450 nm) 交聯。

使用 PhotoHA® 進行人類間充質幹細胞的 3D 培養

圖 6.使用 PhotoHA® 進行人類間充質幹細胞的 3D 培養將人類骨髓間充質幹細胞 (SCC034) (2.0 x 107 cells/mL) 包覆在 50 μL 1% PhotoHA® 水凝膠 (~4.7mm x 2mm) 中。用 0.05% Irgacure® 2959 光引发剂交联 PhotoHA® 水凝胶，并在 2 mW/cm2 紫外光 (320-390 nm) 下暴露 10 分钟。24 小時後，用活/死試驗染色包覆的細胞（綠色=存活，紅色=死亡），隨後在 Leica SP5 共聚焦顯微鏡上成像。

使用 PhotoHA® 進行人類神經幹細胞的 3D 培養

圖 7.使用 PhotoHA® 進行人類神經幹細胞的 3D 培養在培養 7 天後，在 1% PhotoHA® 水凝膠中包覆 GFP 標記的神經幹細胞。HA 用 0.25% LAP 光引发，并通过紫外光（365 nm）照射 1 分钟聚合，形成 ~100-200 μM 厚的水凝胶。圖片放大 10 倍。

材料
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參考資料

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