Avatar下一代体内微环境模拟系统-Reproduce cell microenvironment
上海典奥生物科技有限公司
背景介绍
体内肿瘤微环境是复杂的，肿瘤细胞必须与周围大量的其他细胞相互作用，并做出一定的反应才能得以生存。可以说，在肿瘤组织内部，低氧低糖环境以及由免疫调控因子引起的细胞应激反应的增加，这些微环境都与常规体外细胞培养环境不同，说明传统的体外细胞筛选模型缺乏生理相关性。最新的研究发现人体内不同部位的细胞处于不同的微环境（见图1），为研究肿瘤细胞在生理条件下的生长和基因表达，我们必须建立新的培养方法。
图1. 人体内不同部位的细胞处于不同的微环境中。
Avatar系统介绍
Avatar“下一代体内微环境模拟系统”就能提供这样的培养环境。Avatar由特殊的模拟体内环境的培养箱、细胞培养溶液、细胞外基质（XCM）、试剂盒、操作流程等元素组成。Avatar系统是第一台商业化的能模拟人体内微环境的培养系统，可以控制低氧浓度、CO2浓度、流体静压力、温度和与细胞外基质的相互作用来重建与样本来源一致的体内组织环境。
图2. Avatar下一代体内微环境模拟系统
在Avatar培养环境下生长的样本可呈现近乎原始的形态和基因表达图谱，因此从该样本得到的实验结果具有真实的生物学意义。图3显示在Avatar里培养的前列腺癌细胞系表现出与传统培养方法不同的基因表达。
图3. 在生理学相关的氧气和压力下培养前列腺癌细胞系（PC-3和LNCaP），可表现与传统培养方法不同的基因表达。
Avatar系统的主要应用：
（1） 基于原代细胞的研究及应用：
Avatar系统通过模拟肿瘤中低氧高压的环境，外加其专有的Xeno-free的试剂，除提高肿瘤原代细胞的存活率外，还可得到生理条件下的基因和蛋白表达水平，确保下游研究数据的真实性。
研究结果显示，与传统组织培养箱相比，在不同的Avatar条件下培养的前列腺癌模型细胞系（PC-3和LNCaP）和胰腺癌细胞系（PANC10.05）表现不同的基因表达图谱。在低氧条件下，很多基因表达发生了上调或下调。基因如VEGFA和葡萄糖-6-磷酸异构酶在1% O2条件下基因上调最明显，显示与传统培养相比，细胞在Avatar中的行为更接近于它们的天然生物特性。其中有些信号通路只受压力单独调节，有些受压力和低氧浓度一起调节。
（2） CTCs的富集培养：
Avatar系统可在不损伤细胞的前提下实现CTCs的扩大培养，使基于CTCs的下游试验得以实现。除了Avatar培养箱，XCell还提供适用于CTCs的特别的基于胶原蛋白的基质和培养基，能促进CTCs细胞的粘附和增殖。
图4. Avatar系统可以成功培养来源于病人外周血的CTC克隆（培养7天之后）。
（3） 用细胞培养结果筛选化合物：
来自国外合作药厂数据显示，在模拟体内环境的条件下利用细胞进⾏药物敏感性测试可得到更接近人体的反应结果，有助于减少化合物筛选的假阴性和假阳性，为筛选更有效的药物提供了新的可能性。
图5. 肺癌细胞系在模拟转移条件（低氧浓度和高流体静压力，蓝色线）下培养，与传统培养环境（橘红色线）对比，显示对药物处理的不同的敏感性。
（4） 基于干细胞的培养和诱导分化应用：
通过对干细胞所处环境的调整，如压力、氧⽓等，可更好的维持干细胞的干性状态，提高多能干细胞（iPSCs）的编辑效率，且可促进控制干细胞的定向分化。
图6. 在不使用干细胞特性维持培养基的前提下，低氧和压力可促进维持干细胞的特性。
（5） 基因编辑的应用：
来自XCell Biosciences公司的XPRESSR系统，可调节细胞表⾯所受静水压的频率，⼤大提高基因编辑或转染的效率。
总结：
Avatar系统是下一代的细胞培养平台，和专利的细胞培养基和基质配合使用，可以重建样本的天然的微环境，提供传统培养方法无法提供的细胞样本的原始形态、基因表达谱、分子图谱，得到丰富的、科学的、生理学相关实验结果。
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