基質膠的組分、使用方法及在三維細胞培養(yǎng)與疾病研究中的應用
基質膠，一種來源于EHS小鼠肉瘤的基底膜基質，是現(xiàn)代生物醫(yī)學研究中的多功能工具。它主要由層粘連蛋白、IV型膠原和巢蛋白構成，同時含有多種生長因子和蛋白聚糖。這種獨特的組成使其能在室溫下快速聚合形成具有生物學活性的三維基質，模擬體內細胞基底膜的結構、組成和功能。從常規(guī)的細胞培養(yǎng)到前沿的類器官研究，從癌癥生物學到藥物篩選，基質膠的應用幾乎滲透到了現(xiàn)代生命科學研究的各個角落。
01 基質膠是什么？基質膠，又稱ECM或BME凝膠，是從Engelbreth-Holm-Swarm（EHS）小鼠肉瘤中提取的基底膜基質。這種可溶性基底膜制備物在室溫條件下能聚合形成具有生物學活性的三維培養(yǎng)基質，模擬體內細胞基底膜的結構、組成、物理特性和功能。
復雜組分
基質膠的分子組成極為復雜，其主要成分包括約60%的層粘連蛋白，約30%的IV型膠原蛋白和約8%的巢蛋白。層粘連蛋白和IV型膠原蛋白為細胞提供結構支持，而巢蛋白則作為一種橋接分子，能夠與層粘連蛋白和IV型膠原蛋白相互作用，有助于細胞外基質分子結構組織的形成。
除了這些主要成分外，基質膠還包含硫酸肝素蛋白聚糖以及多種生長因子，如血管內皮生長因子（VEGF）、轉化生長因子-β（TGF-β）、表皮生長因子（EGF）、胰島素樣生長因子（IGF）、成纖維細胞生長因子（FGF）和組織纖溶酶原激活物（PLAT）。
產(chǎn)品多樣化為滿足不同實驗需求，基質膠有多種類型，包括標準型、低生長因子型、高濃度型、高濃度低生長因子型、干細胞專用型和類器官專用型等。
不同類型基質膠的蛋白濃度范圍各不相同，標準型一般為8-13mg/ml，而高濃度型則可達到16-26mg/ml。
02 廣泛應用細胞遷移與侵襲研究
在腫瘤轉移研究中，基質膠是評估細胞遷移和侵襲能力的關鍵工具。通過Transwell實驗，研究人員可以將基質膠鋪在小室膜上，形成一層屏障，模擬體內基底膜的結構。癌細胞要突破這層屏障，就需要激活其侵襲機制，分泌蛋白酶并在趨化因子引導下定向移動。
實驗時，先將基質膠原液按1：8用無血清培養(yǎng)基稀釋后包被Transwell小室底部膜的上室面，置37℃、30分鐘使基質膠聚合成凝膠。然后將饑餓處理后的細胞接種于上室，下室加入含血清或特定趨化因子的培養(yǎng)基，常規(guī)培養(yǎng)12-48小時后，對遷移到下室的細胞進行固定、染色和計數(shù)。
三維細胞培養(yǎng)傳統(tǒng)二維細胞培養(yǎng)在塑料表面進行，無法模擬體內細胞的微環(huán)境。而基質膠提供的三維支撐結構使細胞能夠建立自然的細胞-細胞和細胞-基質相互作用，更好地模擬體內狀態(tài)。
在3D培養(yǎng)中，根據(jù)實驗需求可采用薄膠法或厚膠法。薄膠法形成的凝膠厚約0.5mm，適用于細胞貼壁和增殖；厚膠法形成的凝膠厚約1-2mm，適用于3D細胞培養(yǎng)。
三維培養(yǎng)的細胞常表現(xiàn)出與體內更為相似的基因表達譜、信號通路活性和功能特性，為疾病機制研究和藥物篩選提供了更可靠的平臺。
類器官培養(yǎng)類器官是一種在體外培育的、源自干細胞的、具有體內相應器官空間組織和部分功能特征的三維細胞團�；|膠在類器官研究中為類器官生長提供必要的生長因子、蛋白質和所需的基質結構。
在類器官培養(yǎng)中，通常使用低生長因子、不含酚紅的基質膠，以排除生長因子對實驗的干擾，并避免顏色對檢測的影響。研究顯示，基質膠能支持多種類器官的培養(yǎng)，包括小鼠膽管、氣道上皮類器官等。
體內成瘤實驗在癌癥研究中，基質膠廣泛應用于體內成瘤實驗。將腫瘤細胞與基質膠混合后接種到免疫缺陷小鼠皮下，可顯著提高成瘤率和成瘤速度�；|膠在這一過程中為腫瘤細胞在接受宿主營養(yǎng)之前提供充足的營養(yǎng)環(huán)境，起到“橋梁”的作用。
實驗證明，使用優(yōu)質基質膠的平均腫瘤重量可比對照組增加近4倍，顯著促進腫瘤生長。
血管生成研究基質膠也是血管生成研究的理想工具。在體外血管生成實驗中，人臍靜脈內皮細胞（HUVEC）在基質膠上培養(yǎng)4小時后，便可觀察到顯著的管腔樣結構形成。這一模型可用于研究促血管生成因子和抗血管生成因子的作用，以及相關信號通路機制，對腫瘤學和再生醫(yī)學研究具有重要意義。
03 如何使用？
解凍與分裝
基質膠通常在-20℃保存，使用前需要解凍。正確的做法是將基質膠小瓶置于冰中并在4℃冰箱避光過夜融化，蛋白濃度高時可能需要更多時間。解凍后，使用預冷的移液管輕柔地吸取基質膠或渦旋小瓶以確保其分散均勻，然后根據(jù)后續(xù)實驗所需量進行分裝。
包被方法
根據(jù)實驗目的的不同，基質膠的包被方法主要有三種：
- 薄膠法：形成的凝膠厚約0.5mm，用于細胞貼壁和增殖。按照50μL/cm²向培養(yǎng)板/皿的生長表面加入基質膠，然后置于37℃孵育30分鐘以固化基質膠。
- 厚膠法：形成的凝膠厚約1-2mm，用于3D細胞培養(yǎng)。按照150-200μL/cm²向培養(yǎng)板/皿的生長表面加入與細胞混合后的基質膠，然后置于37℃孵育30分鐘固化。
- 薄層包被法：使用較低的基質膠濃度使僅形成混合的蛋白包被層，不形成凝膠。使用不含血清的培養(yǎng)液或PBS將基質膠稀釋到需要的濃度。
關鍵注意事項
使用基質膠時，有幾點需要特別注意：
- 始終在低溫條件（4℃）下操作基質膠，避免在室溫下操作，因為基質膠在10℃以上就會開始凝膠化。
- 避免反復凍融——初次解凍后應適當分裝，避免多次凍融影響基質膠活性。
- 實驗完畢后，剩余的基質膠不可留待下次使用。
04 如何選購？
根據(jù)實驗類型選擇
面對市場上多種類型的基質膠，研究人員應根據(jù)實驗需求選擇合適的產(chǎn)品：
- 對于常規(guī)的細胞實驗，如2D、3D細胞培養(yǎng)、體外血管生成、細胞侵襲等，可選擇標準型基質膠。
- 對于需要降低細胞因子本底水平干擾的實驗，如細胞信號通路和基因表達檢測等，應選擇低生長因子型基質膠。
- 對于體內成瘤實驗和體內血管生成實驗，高濃度型基質膠更為適合，因為它們能提供更強的基質剛度和支架完整性。
- 對于干細胞培養(yǎng)，如人胚胎干細胞和誘導多能性干細胞的培養(yǎng)，應選擇干細胞專用型基質膠。
- 對于類器官研究，類器官專用型基質膠能提供類器官生長所需的必要生長因子、蛋白質和基質結構。
關注質量指標
選擇基質膠時，還需要關注幾個關鍵質量指標：
- 蛋白濃度：標準型為8-13mg/ml，高濃度型為16-26mg/ml。
- 內毒素水平：優(yōu)質基質膠的內毒素含量應低于4-8 EU/ml。
- 安全性：應選擇不含LDEV（乳酸脫氫酶增高病毒）的基質膠，確保實驗安全。
- 批次間一致性：選擇批次穩(wěn)定性好的產(chǎn)品，確保實驗可重復性。
隨著技術的不斷進步，基質膠的應用領域正在不斷擴大。特別是在類器官、器官芯片和再生醫(yī)學等前沿領域，基質膠作為提供細胞生長微環(huán)境的關鍵組分，正發(fā)揮著越來越重要的作用。未來，我們有理由相信，隨著對細胞微環(huán)境理解的加深和生物材料工程的發(fā)展，基質膠技術將繼續(xù)推動生命科學研究向前邁進。
在選擇基質膠時，研究人員應根據(jù)自己的實驗需求、細胞類型和研究目標，選擇最適合的基質膠類型，并嚴格遵循操作指南，才能確保實驗的成功和結果的可靠性。
愛必信基質膠推薦| 貨號 | 產(chǎn)品名稱 | 規(guī)格 |
|---|---|---|
| abs9490 | 基質膠（標準型，含酚紅） | 1.5mL×4/1.5mL×8 |
| abs9493 | 基質膠（高濃度，無酚紅） | 1.5mL×4/1.5mL×8 |
| abs9491 | 基質膠（標準型，無酚紅） | 1.5mL×4/1.5mL×8 |
| abs9495 | 基質膠（低因子，無酚紅） | 1.5mL×4/1.5mL×8 |
| abs9492 | 基質膠（高濃度，含酚紅） | 1.5mL×8 |
| abs9496 | 基質膠（IPS驗證無酚紅） | 1.5mL×4 |
| abs9494 | 基質膠（低因子，含酚紅） | 1.5mL×4/1.5mL×8 |
| abs9497 | 基質膠（高濃度，低因子，含酚紅） | 1.5mL×8 |
| abs9498 | 基質膠(高濃度，低因子，無酚紅) | 1.5mL×8 |
| abs9410 | 即用型基質膠 | 100mL |
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