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微重力與3D細胞培養在藥物研發中的應用

來源:北京眾力挽生物科技有限公司   2025年04月11日 10:13  

微重力與 3D 細胞培養在藥物研發中的應用

 

1. 藥物篩選

 

- 更真實的細胞模型:傳統的二維(2D)細胞培養在平面上生長,細胞形態和功能與體內實際情況差異較大。而微重力環境下的 3D 細胞培養,細胞能夠形成類似體內組織的三維結構,細胞間的相互作用、信號傳導更接近生理狀態。例如,腫瘤細胞在 3D 培養中可形成具有異質性的腫瘤球,模擬體內腫瘤組織不同區域細胞的特性。這使得藥物篩選時能夠更準確地評估藥物對細胞的作用,提高篩選出具有潛在臨床療效藥物的概率。

 

- 多細胞共培養模型:在微重力環境利于構建包含多種細胞類型的 3D 共培養模型,如在肝臟藥物代謝研究中,可將肝細胞、肝星狀細胞和 Kupffer 細胞共同培養。不同細胞之間的相互作用會影響藥物的代謝和毒性反應,這種模型能更全面地反映藥物在體內的代謝過程,有助于發現藥物潛在的不良反應,排除具有高風險的藥物候選物。

 

2. 藥物療效評估

 

- 模擬生理微環境:微重力 3D 細胞培養可以模擬組織的復雜微環境,包括細胞外基質、營養物質和氧氣梯度等。例如在腫瘤藥物研發中,模擬腫瘤組織內缺氧區域的存在,能研究藥物在不同氧環境下對腫瘤細胞的殺傷效果。一些在 2D 培養中顯示有效的藥物,在模擬體內復雜微環境的微重力 3D 培養中可能效果不佳,這為藥物療效評估提供了更嚴格和準確的平臺,避免在臨床試驗階段才發現藥物療效與預期不符的情況。

 

- 預測藥物穿透性:藥物要發揮作用,需穿透組織到達靶細胞。3D 細胞培養形成的類似組織的結構可用于評估藥物的穿透能力。例如在研發治療腦部疾病的藥物時,利用微重力 3D 培養構建血腦屏障模型,能研究藥物是否能夠穿越屏障到達腦組織,預測藥物在體內的分布和療效,為優化藥物劑型和給藥方式提供依據。

 

3. 藥物毒性研究

 

- 更準確的毒性反應:傳統 2D 培養中細胞對藥物的毒性反應可能與體內實際情況不同,微重力 3D 細胞培養更能反映藥物對細胞及細胞間相互作用的影響。例如在研究藥物對肝臟毒性時,3D 培養的肝細胞球能更好地模擬肝臟組織的代謝和解毒功能,藥物對肝細胞球的毒性反應可能包括細胞形態改變、代謝酶活性變化等,這些反應更接近藥物在體內對肝臟造成的實際毒性,有助于早期發現藥物潛在的肝臟毒性,保障藥物的安全性。

 

- 長期毒性研究:微重力 3D 細胞培養可以進行相對長期的培養,用于觀察藥物長期作用下細胞的變化。如連續給藥數周,觀察細胞的增殖、分化、基因表達等方面的變化,評估藥物的慢性毒性,為藥物的長期安全性提供重要信息。


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