TheWell Bioscience：無外源性VitroGel水凝膠

引言

癌癥的進展高度個體化。其機制對每個動物物種都是特定的，這使得腫瘤學研究成為生物科學中最具挑戰性的領域之一。近年來，關注疾病進展的個體化性質的研究取得了非常有希望的進展；例如，患者來源的異種移植（PDX）模型，其中免疫缺陷動物體內嵌入了人類來源的腫瘤組織，揭示了一些關鍵的診斷和治療信息。類似地，細胞系來源的異種移植（CDX）模型，其中使用特定的細胞系進行移植，已被證明是研究腫瘤生長和進展的重要工具，從而推動了癌癥治療的發展1,2。CDX模型也是藥物發現過程中的重要中間環節。水凝膠系統，如來自廣泛使用的基于動物的細胞外基質（AB-ECM），已經使用了幾十年，作為體內應用的遞送系統。然而，無數未定義化合物的存在導致AB-ECM批次之間的不一致性。一些實際挑戰，如不穩定的細胞制備、移植排斥、對聚集的恐懼或其他粘度問題，仍然存在于當前使用的動物衍生基質中。AB-ECM的溫度敏感特性也可能導致產品使用過程中的障礙。此外，AB-ECM的制造周期非常緩慢（平均4個月），這導致其支持異種移植研究不斷增長的需求的能力問題。為了幫助研究人員更及時、高效地推進其臨床前研究，本應用筆記討論了TheWell Bioscience的無外源性物質、合成的、室溫穩定的VitroGel?系統在CDX模型中的探索3。本應用筆記具體詳細比較了在CDX小鼠模型中使用AB-ECM與VitroGel研究腫瘤特征的差異。本研究選擇了CDX模型中一些最廣泛使用的細胞類型。這些細胞類型跨越了幾個人類組織來源，包括前列腺（PC3）、宮頸（HeLa）、乳腺（HCC1806）、結腸（HCT116）、肺（Calu-6）和胰腺（PANC1）。每種細胞系在與AB-ECM或VitroGel混合后接種到小鼠體內，以獲得腫瘤體積進展的比較研究。

圖1. VitroGel用于異種移植應用與基于動物的ECM相比的優勢比較。

關于TheWell Bioscience的VitroGel系統用于異種移植

TheWell Bioscience的VitroGel系統是一種優秀的可注射遞送系統，可作為異種移植中各種細胞類型和組織的有效載體。除了無動物源性和完全合成外，其強大的生物功能特性模擬組織微環境，支持細胞快速生長。該產品具有某些關鍵屬性和優勢，使其優于AB-ECM和其他基質，確保其成為卓越的替代品（圖1）。以下是一些關鍵優勢：

√支持體外和體內應用的150多種細胞類型

√適用于具有不同宿主類型（NSG小鼠、裸鼠、SRG大鼠等）和多個注射部位（皮下、原位等）的CDX模型和PDX模型

√可重復的測定——定義明確的合成水凝膠組成，不含未知蛋白質，無批間差異

√室溫穩定——室溫下易于操作的方案步驟

√長期可注射狀態——在室溫下保持可注射性數小時（可批量制備樣品）

√注射順暢，無針頭堵塞問題

√注射后細胞保留良好

√始終有庫存，無供應鏈問題

材料和方法

細胞系和水凝膠系統概述

腫瘤發展研究在60只無胸腺裸鼠CDX模型中進行。接種時選擇的小鼠年齡為6-8周。本實驗中所有小鼠均由Charles River Laboratories提供。VitroGel水凝膠基質（TheWell Biosciences；目錄號：VHM01）和AB-ECM作為特定腫瘤細胞系注射的遞送系統。六種細胞系，PC3、HCT-116、Calu-6、HCC1806、HeLa和PANC1，在與VitroGel或AB-ECM以配對方式混合后接種到小鼠體內，每個治療組研究五只小鼠（表1）。這些細胞系跨越了幾個人類組織來源，包括前列腺、結直腸、肺、卵巢、胰腺和乳腺（表1）。在2-10周的時間內，觀察小鼠及其腫瘤的治療組與水凝膠和AB-ECM的時間，以比較每個腫瘤達到預定腫瘤大小所需的時間。

細胞培養基和VitroGel與AB-ECM的處理

細胞在特定培養基（表1）中進行傳代培養，處于指數生長期的細胞被收獲。然后將細胞重懸于PBS中，不添加更多補充劑。經過一輪過濾和細胞計數后，細胞懸液隨后在335 x g RCF下進行另一輪離心，然后使用PBS重懸細胞以獲得所需細胞濃度的2倍。

在此步驟之后，使用VitroGel與AB-ECM的方案開始，略有變化。對于使用VitroGel的方法，首先將產品置于室溫下。將細胞懸液（2倍）與VitroGel以1:1（v/v）的比例混合。轉移到注射器后，將該混合物在室溫下放置10-15分鐘，在此期間交聯開始穩定，然后進行注射。注射體積為100μL或200μL，具體取決于細胞類型，以獲得所需的細胞密度（1 x 10*6、2 x 10*6或10 x 10*6，具體取決于細胞類型；見表1）。注射在小鼠背部大腿區域附近皮下進行。

對于AB-ECM，將溶液解凍并在整個方案中保持在4°C。然后將細胞懸液（2倍）與AB-ECM以1:1的比例（v/v）混合。同樣，裝載體積為100μL或200μL，以獲得所需數量的細胞；對于配對的VitroGel和AB-ECM實驗，每個細胞類型的細胞數量相等。在每輪接種后，將注射器放回冰上，以防止懸浮液凝固和針頭堵塞。協議組件的詳細信息可在下面的表1中找到。

 表1. VitroGel和AB-ECM使用的培養基、注射次數、體積和品系的詳細信息保持相似。

腫瘤追蹤分析

每周使用卡尺測量腫瘤大小兩次。體積以立方毫米表示，使用公式：V（mm?）=（a（長度）×b（寬度）?）/2，其中a和b分別是腫瘤的長徑和短徑。使用Microsoft Excel計算每個時間點（最多五只；個體在體重減輕超過20％、過度應激或死亡時從研究中移除）的小鼠樣本的平均值和標準差。實驗持續進行，直到達到預定的腫瘤大小（例如1000mm?）。在整個實驗過程中，將動物保持在室溫（22°C±3°C）下，濕度為50％（±20％），光照周期為12小時/12小時。在實驗開始前獲得了適當的IACUC批準，并遵循了所有動物的倫理治療。

結果

根據腫瘤生長速度，觀察時間為2-10周。當使用VitroGel或AB-ECM時，發現所有六種實體瘤來源的細胞系都成功形成了實體瘤；腫瘤類型和形態相似。對于所有細胞類型，AB-ECM和VitroGel的平均生長速度幾乎相似（表2；圖2）。對于所有六種細胞類型，發現AB-ECM和VitroGel水凝膠達到預定腫瘤大小所需的時間相同。腫瘤生長大小超過2000mm?或在任何一個維度上超過2cm的小鼠被忽略。在大多數情況下，使用VitroGel移植的腫瘤也顯示出較低的標準差，這意味著VitroGel是一個可靠的系統，具有較小的變異性和更高的批間一致性。這些特征證明了VitroGel水凝膠作為AB-ECM的無外源替代品的效率，使其成為具有應用便利性的有前途的替代品。憑借長期可注射狀態、批量樣品制備和易于使用的室溫操作等優越性能，VitroGel因此成為體內研究的強大工具。

 表2. VitroGel中所有六種細胞類型的腫瘤生長終點時間和腫瘤大小。

 圖2. 所有六種細胞系的腫瘤生長曲線。

討論

如圖2所示的腫瘤生長曲線表明，所有測試的六種細胞類型都成功形成了實體瘤。AB-ECM和VitroGel達到預定腫瘤大小所需的時間相當，表明VitroGel作為體內應用的基于動物的細胞外基質的有前途的替代品的功效。

除了上述六種細胞類型外，VitroGel水凝膠基質還支持許多異種移植模型和細胞類型：乳腺（Hs578T，MDA-MB-231）、白血?。–CRF-CEM，Reh）、肺癌（A549，H2170）、黑色素瘤（A375）、胰腺（ASPC-1）、口腔（HSC-2）、纖維肉瘤（HT1080）、腎（786-O）、舌（CAL-27）等。

除了腫瘤生長成功，加上注射后沒有毒性跡象，VitroGel作為一種系統，為癌癥科學家帶來了許多實際好處。它有助于應對在注射前過程中保持4°C恒定低溫的挑戰，使其在沒有冰或不方便使用冰時更靈活地使用。注射前均勻的細胞懸浮液，隨后是順暢的注射給藥，確保了可重復性。與AB-ECM相比，VitroGel具有批間一致性，是長期分析的可靠系統。

該系統不僅旨在替代AB-ECM，還為科學家提供了控制他們希望添加的補充劑和生長因子的能力。這種合成水凝膠系統允許科學家操縱關鍵的生物物理和生物學特性，如機械強度、功能配體和微環境的可降解性。因此，它代表了一種強大的生物相容性工具，讓人們能夠創建許多天然ECM無法做到的獨特測定。除了異種移植，可注射的VitroGel系統還適用于其他體內應用，如細胞治療、藥物遞送和傷口愈合。4-8

鏈接到使用的產品

1. Ready-To-Use VitroGel Hydrogel Matrix，VHM01S，VHM01

參考文獻

Georges, L. M. C., De Wever, O., Galván, J. A., Dawson, H., Lugli, A., Demetter, P., & Zlobec, I. (2019).?Cell Line Derived Xenograft Mouse Models Are a Suitable in vivo Model for Studying Tumor Budding in Colorectal Cancer.?Frontiers in Medicine, 6. https://doi.org/10.3389/fmed.2019.00139

Dickinson, J., de Matas, M., Dickinson, P. A., & Mistry, H. B. (2021).?Exploring a model-based analysis of patient derived xenograft studies in oncology drug development.?PeerJ, 9, e10681. https://doi.org/10.7717/peerj.10681

Xenograft | TheWell Bioscience. (n.d.). Thewellbio.com. Retrieved February 8, 2023, from https://www.thewellbio.com/applications/in-vivo/xenograft-pdx-cdx/

Xenograft – In Vivo Injection, Xeno-free Hydrogel | TheWell Bioscience. (n.d.). Thewellbio.com. Retrieved February 8, 2023, from https://www.thewellbio.com/applications/in-vivo/tissue-engineering/

Mori, H., Saeki, K., Chang, G., Wang, J., Wu, X., Hsu, P.-Y., Kanaya, N., Wang, X., Somlo, G., Nakamura, M., Bild, A., & Chen, S. (2021). Influence of Estrogen Treatment on ESR1+ and ESR1? Cells in ER+ Breast Cancer: Insights from Single-Cell Analysis of Patient-Derived Xenograft Models.?Cancers, 13(24), 6375. https://doi.org/10.3390/cancers13246375

Zhu, L., Feng, Z., Shu, X., Gao, Q., Wu, J., Du, Z., Li, R., Wang, L., Chen, N., Li, Y., Luo, M., & Wu, J. (2021).?In situ transplantation of adipose-derived stem cells via photoactivation improves glucose metabolism in obese mice.?Stem Cell Research & Therapy, 12(1). https://doi.org/10.1186/s13287-021-02494-4

Xiao, M., Qiu, J., Kuang, R., Zhang, B., Wang, W., & Yu, Q. (2019).?Synergistic effects of stromal cell-derived factor-1α and bone morphogenetic protein-2 treatment on odontogenic differentiation of human stem cells from apical papilla cultured in the VitroGel 3D system.?Cell and Tissue Research, 378(2), 207–220. https://doi.org/10.1007/s00441-019-03045-3

Wang, F., Nan, L., Zhou, S., Liu, Y., Wang, Z., Wang, J., Feng, X., & Zhang, L. (2019).?Injectable Hydrogel Combined with Nucleus Pulposus-Derived Mesenchymal Stem Cells for the Treatment of Degenerative Intervertebral Disc in Rats.?Stem Cells International, 2019, 1–17. https://doi.org/10.1155/2019/8496025

3D培養/類器官培養專家，艾美捷科技！

點擊下方單頁圖片，獲得3D培養于類器官培養指南