在生物醫學研究領域，構建精確的 3D 細胞培養模型極具挑戰，模擬如大腦、脊髓等超軟組織則更加困難。傳統的水凝膠符合這類組織的部分特性，但機械強度較弱，無法滿足實驗需求。已有研究使用Melt Electrowritten（MEW）支架進行3D 構建，卻依然存在結構與水凝膠交織、實驗操作不便、限制神經元調整纖維排列，以及無法同時進行細胞和支架的生物打印等問題。為解決這些難題，將PCL 微纖維或納米纖維增強材料摻入生物墨水中，用于改善生物墨水的可打印性，提高水凝膠的機械完整性，還可以支持細胞黏附、分化和增殖。因此研究不同微纖維與神經元細胞的相互作用，成為探索微纖維材料最適合神經元模型的關鍵。

德國維爾茨堡大學醫院臨床神經生物學研究所的科研團隊對此問題進行了深入研究，聚焦于不同微纖維的形態和力學特性，及其與神經細胞之間的相互作用。通過精確控制微纖維的尺寸、形態、力學特性和表面化學性質，分析這些因素對神經細胞行為的影響。相關研究成果以“Impact of Polymorphic Microfibers for Establishment of Neuronal Model”為題發表于《Nnao Select》雜志上。
 

 

在本文中，innoME公司的zenCELL owl活細胞動態成像及分析系統，實時監測和記錄微纖維與NSC-34細胞的相互作用過程，并對圖片和視頻數據進行分析處理，得到定性和定量結果。NSC-34細胞是一種具有運動神經元特性的細胞系，由富含運動神經元的胚胎小鼠脊髓細胞與小鼠神經母細胞瘤 N18TG2 融合而成，作為研究運動神經元生物學的重要模型，常被用于研究脊髓的神經退行性疾病。該細胞包含兩種細胞群體：圓形、未成熟、幾乎沒有突起的細胞，以及經歷分化、長突起的細胞，類似成熟的運動神經元細胞。將zenCELL owl 置于在37°C、5% CO₂的培養箱內對細胞進行動態監測，以每5分鐘一次的高頻次獲取圖像，并生成長時間的動態視頻，清晰展示了細胞與微纖維之間的動態互動過程。

研究發現，不同微纖維引發的細胞行為差異明顯，而細胞對不同形狀、表面涂層和機械性能的微纖維反應也不同。PCL Db + 微纖維會被細胞收集、攜帶或拖動，其細胞 - 微纖維組合的移動距離比未接觸細胞的微纖維長約 25 倍（圖1A）；PCL Rd + 微纖維主要被細胞在邊緣接近，然后翻轉或轉動，接觸細胞的微纖維約每 10 幀就有一次旋轉運動，而未接觸細胞的微纖維在超 500 幀中僅有三次較大方向變化（圖1B）；Coll Rd 微纖維會使細胞聚集，隨著時間推移，細胞簇數量減少，但覆蓋總面積增加（圖1C）。

圖1 NSC - 34 細胞與不同類型微纖維之間的相互作用行為，第一行是通過BioRender.com創建的細胞行為示意圖，第二行是zenCell Owl的監測圖片，第三行是分析的軌跡圖 Tracks 1 – 4（左下）和量化分析圖（右下）。其中， PCL Db+表示涂有膠原蛋白 I 的 PCL 啞鈴形微纖維，PCL Rd+表示涂有膠原蛋白 I 的 PCL 桿形微纖維，Coll Rd表示純膠原蛋白 I 桿形微纖維

研究團隊還使用 Matrigel 水凝膠作為細胞外基質，對NSC-34 細胞與不同微纖維的相互作用進行了3D培養驗證，并觀察到與2D培養中類似的 NSC-34 細胞行為（圖 2A–C）。

圖2 NSC-34 細胞在 Matrigel水凝膠中與不同微纖維相互作用的動態過程，細胞與纖維相互接觸，并進一步形成細胞簇（紅色箭頭）

細胞與微纖維的相互作用受微纖維特性影響顯著，主要由微纖維的表面化學性質、力學特性和形狀所決定，為開發更精確的三維神經細胞培養模型提供了重要的理論依據。通過選擇合適的微纖維特性，可以更好地模擬神經細胞在體內的生長環境，從而為神經科學的研究和神經退行性疾病的治療提供新的思路和方法。而zenCELL owl在這一研究中的成功應用，也充分展示了其在細胞行為觀察和研究中的強大功能和潛力。

德國innoME公司研發的zenCELL owl活細胞動態成像及分析系統，提供了一種創新的解決方案。該系統基于非標記、非侵入的方法，能夠在細胞培養箱內長時間連續工作，通過24個顯微成像鏡頭對24個視野進行連續的動態監測和圖像獲取，為用戶提供高質量圖像、視頻、統計學曲線和定量數據。

環亞生物，生命科學產品全國性代理商，不斷把國外頂級的創新產品引入中國。環亞生物具備完善的公司運營、產品管理、營銷、售前技術支持和售后維修體系。環亞生物作為zenCELL owl產品大中華區獨家代理商，負責zenCELL owl產品大中華區的營銷和售后支持。

文獻原文閱讀：
https://doi.org/10.1002/nano.202400122

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