一个DIY生物反应器用于在3D细胞模型中通过超极化CNMR光谱在现场代谢跟踪

科学领域:

• 生物医学工程 生物医学工程
• 频谱学是一种光谱学.
• 细胞生物学 细胞生物学

背景情况:

• 核磁共振 (NMR) 谱学提供了有价值的诊断能力,但由于有限的核自旋两极化,其敏感性较低.
• 超极化技术,如溶解动态核极化,提高了实时代谢跟踪的NMR灵敏度,但需要专门的高场系统和固定的样本量.
• 现有的NMR生物反应器平台通常与先进的3D细胞模型不兼容,需要专门的设备.

研究的目的:

• 开发和验证可扩展的3D打印生物反应器,与低场NMR光谱仪兼容,用于分析生物工程3D细胞模型.
• 评估生物反应器在NMR获取过程中维持细胞活力的能力和支持代谢分析的能力.
• 通过使用超极化NMR来证明平台在区分不同细胞类型的代谢概况方面的实用性.

主要方法:

• 使用生物相容材料制造3D打印生物反应器,并集成微流体系统进行介质循环.
• 描述生物反应器的NMR兼容性,确认信号扭曲最小.
• 在3D培养中使用HeLa和HepG2细胞进行验证,包括超极化[1-¹³C]酸NMR实验和与2D培养进行比较.

主要成果:

• 3D打印的生物反应器证明了NMR兼容性和最小的信号扭曲.
• 与二维培养相比,在生物反应器中培养的HeLa和HepG2细胞表现出延长活力和增强的代谢活性.
• 使用超极化[1-¹³C] pyruvate NMR 成功识别了 HeLa 和 HepG2 细胞的独特代谢概况,展示了该平台的分析能力.

结论:

• 开发的3D打印生物反应器平台有效支持3D细胞模型的维护和NMR分析.
• 这种多功能和易于使用的工具促进了组织工程中的代谢和生物化学研究,特别是在非专业化实验室.
• 共享的设计文件促进了对未来基于NMR的细胞研究的广泛采用和定制.