如今越来越多的科学家将目光从2D细胞模型转移到3D细胞模型。3D细胞模型不仅保留了前者的通量，而且从药物渗透，到细胞表型等方方面面都表现出了更贴近体内生理学的性质。

目前3D细胞培养的方式主要分两种：

- 不依赖支架的培养方案，如超低细胞吸附孔板、悬滴法、磁力悬浮法、微重力培养法等

- 基于支架的培养方案，如胞外基质凝胶、化学合成凝胶、3D打印等
 

Incucyte®实时活细胞分析系统应用灵活，能够对不同培养方式获得的多种3D活细胞样本自动且连续地（数天、数周或数月）进行HD 相位和荧光图像的获取及分析。并且可以安装在标准化的组织培养箱内，确保细胞生长环境免受干扰。下面通过两个案例来看看Incucyte®的实力吧！

 

不依赖支架的3D细胞培养

美国斯坦福大学医学院的 Michael C. Bassik教授团队在Nature上发表文章[1]，详细对比了在肺癌中肿瘤突变基因在2D单细胞层和3D细胞球体中的表型差异，并通过3D球体模型筛选出了被2D模型遗漏的靶点。该文采用了不依赖支架的培养方案，使用超低细胞吸附耗材进行3D细胞球体的培养。
 

筛选策略如图所示：将sgRNA文库通过慢病毒感染NCI-H23细胞系（该细胞系带有KRASG12C突变），并将感染后的细胞分为两组，分别用3D细胞球体培养和2D单细胞层培养两种模式进行细胞增殖，结合ARS-853（KRAS抑制剂）对细胞表型进行筛选。

在其中我们也看到了Incucyte® S3的身影！细胞的增殖和死亡均由Incucyte® S3进行实时监测。
 

如上图所示，NCI-H23细胞自身带有mCherry（红色荧光）蛋白，同时在培养基中加入Sytox Green作为死细胞标记染料。细胞在孔中成球的状态和活/死细胞标记一目了然。

 

基于支架的3D细胞培养

来自芬兰图尔库大学生物技术中心的科研人员在Oncogene期刊中发表研究结果[2]，发现热休克因子HSF2 能够抑制前列腺癌（PrCa）的肿瘤侵袭。HSF2通过调节GTP酶活性、细胞粘附、细胞外基质和肌动蛋白细胞骨架动力学等相关的基因来实现腺泡生成与侵袭行为之间的相互转换。使用Incucyte®对体外3D类器官培养物进行监测和分析，观察到了PC3肿瘤球中腺泡的产生及其侵袭行为。

将siRNA转染细胞，转移到Matrigel中，监测肿瘤球形态8天。

- 转染对照siRNA的细胞，最初成熟为分化良好的类器官，并在第8天左右自发形成侵袭性的多细胞结构，随后不久出现明显的侵袭。

- 有趣的是，HSF2沉默进一步增加了侵袭性，并且在更早的时间点即检测到侵袭的发生。

- 相反，HSF1沉默作为对照，干扰了腺泡分化，增加了细胞死亡率，从而阻止随后侵袭性结构的形成。
 

 

 

Ctrl

 

HSF2 siRNA

 

HSF1 siRNA



Incucyte®实时活细胞分析系统与Incucyte®肿瘤球分析模块的结合，可对肿瘤侵袭进行可重复和高通量分析，提高对细胞活动的深入理解，做出更明智的决定。

 

总结

Incucyte®可提供集成式的完整的3D 肿瘤球分析方案，在组织培养箱内实时自动追踪和定量肿瘤球的形成、生长和健康状态。

 

 

 

Incucyte®分析3D细胞模型的关键优势

获得更多生理相关信息 - 在不干扰培养箱内肿瘤球的情况下，对 3D 肿瘤球培养物进行无标记生长定量和形态学研究。

揭示细胞随时间的变化 - 使用无干扰型试剂进行实时活力测定，研究作用机制。

生成可重现的定量数据 - 通过经实验室测试的方案、高质量图像和客观分析获得适用于药理学分析的可靠数据。

提高分析效率 - 可同时自动采集、分析和绘制多达六个 96/384 孔板的数千张图像，更快地获得结果。

 

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-参考文献-

Han, K., Pierce, S.E., Li, A. et al. CRISPR screens in cancer spheroids identify 3D growth-specific vulnerabilities. Nature 580, 136–141 (2020). https://doi.org/10.1038/s41586-020-2099-x

Björk, J., Åkerfelt, M., Joutsen, J. et al. Heat-shock factor 2 is a suppressor of prostate cancer invasion. Oncogene 35, 1770–1784 (2016). https://doi.org/10.1038/onc.2015.241