生物反應(yīng)器
微載體科普小知識(shí)
時(shí)間：2025.02.14
隨著生物醫(yī)學(xué)研究和生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)的不斷深入，細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)已成為推動(dòng)其發(fā)展的關(guān)鍵。而微載體作為細(xì)胞培養(yǎng)領(lǐng)域的一項(xiàng)重要?jiǎng)?chuàng)新，以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和廣泛的應(yīng)用前景，為細(xì)胞的增殖、分化以及輸送等過(guò)程提供了全新的解決方案。本文將帶您走進(jìn)微載體的世界，一探其究竟。
一、什么是微載體？
微載體（Microcarrier）是指直徑 50-350μm、密度略高于水的一類(lèi)具有細(xì)胞培養(yǎng)、增殖和輸送等生物功能的微球形支架。在細(xì)胞增值分化過(guò)程中，可以粘附細(xì)胞，為細(xì)胞提供支持基質(zhì)。
二、微載體的由來(lái)
最初貼壁細(xì)胞培養(yǎng)是往培養(yǎng)液中加入一定數(shù)量的小滾瓶，增加細(xì)胞生長(zhǎng)的貼壁面積。此方法構(gòu)造簡(jiǎn)單，成本低，重復(fù)性好，放大過(guò)程可依靠滾瓶數(shù)量的增加。但產(chǎn)率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，占空間大。
1967 年，Van Wezel 首次使用 DEAE-Sephadex A-50 引入微載體，打破傳統(tǒng)培養(yǎng)方法的局限性，為貼壁依賴(lài)性細(xì)胞的大規(guī)模培養(yǎng)提供了新的思路和方法，也為微載體技術(shù)的后續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。
之后，科學(xué)家們開(kāi)始嘗試使用利用各種材料制備微球制劑，為不同類(lèi)型細(xì)胞的培養(yǎng)提供了更多選擇，推動(dòng)細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)的發(fā)展，使其在生物醫(yī)學(xué)研究和生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用逐漸擴(kuò)大并出現(xiàn)商品化。
1967 年，Van Wezel 首次使用 DEAE-Sephadex A-50 引入微載體，打破傳統(tǒng)培養(yǎng)方法的局限性，為貼壁依賴(lài)性細(xì)胞的大規(guī)模培養(yǎng)提供了新的思路和方法，也為微載體技術(shù)的后續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。
之后，科學(xué)家們開(kāi)始嘗試使用利用各種材料制備微球制劑，為不同類(lèi)型細(xì)胞的培養(yǎng)提供了更多選擇，推動(dòng)細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)的發(fā)展，使其在生物醫(yī)學(xué)研究和生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用逐漸擴(kuò)大并出現(xiàn)商品化。
三、貼壁原理
貼壁依賴(lài)性細(xì)胞只有貼附在固體基質(zhì)表面才能增殖，故細(xì)胞在微載體表面的黏附是進(jìn)一步鋪展和生長(zhǎng)的關(guān)鍵。黏附主要是靠靜電引力和范德華力，而細(xì)胞能否在微載體表面黏附主要取決于細(xì)胞與微載體的接觸概率和相融性。
（1）靜電引力：
一般細(xì)胞表面在生理 pH 值下帶負(fù)電荷，若微載體表面帶正電荷，則細(xì)胞與微載體之間可通過(guò)靜電引力相互吸引，加快細(xì)胞貼壁速度。
若微載體帶負(fù)電荷，則細(xì)胞與微載體之間存在靜電斥力，不利于細(xì)胞貼壁。培養(yǎng)液中溶有或微載體表面吸附著二價(jià)陽(yáng)離子作為媒介時(shí)，帶負(fù)電荷的細(xì)胞也能貼附于帶負(fù)電的微載體上。
但也有不帶電荷的微載體，一般是表面包被有一層膠原或明膠，或是表面耦合纖粘連蛋白或纖粘連蛋白多肽。
（2）范德華力：
除了靜電引力外，細(xì)胞與微載體之間還存在范德華力。范德華力是一種分子間作用力，細(xì)胞與微載體之間也存在這種作用力，它能夠使細(xì)胞與微載體相互吸引并發(fā)生貼壁。
除了微載體表面的電荷性質(zhì)，也可以通過(guò)化學(xué)修飾等方法改變微載體表面的電荷性質(zhì)，調(diào)控細(xì)胞與微載體之間的相互作用，從而優(yōu)化細(xì)胞貼壁效果。
比如：
表面親疏水性： 親水性表面有利于細(xì)胞粘附和擴(kuò)散，而疏水性表面則可能抑制細(xì)胞貼壁。
表面形貌：光滑的表面有利于細(xì)胞擴(kuò)展，而多孔的表面則可能使細(xì)胞擴(kuò)展速度減慢。
一般細(xì)胞表面在生理 pH 值下帶負(fù)電荷，若微載體表面帶正電荷，則細(xì)胞與微載體之間可通過(guò)靜電引力相互吸引，加快細(xì)胞貼壁速度。
若微載體帶負(fù)電荷，則細(xì)胞與微載體之間存在靜電斥力，不利于細(xì)胞貼壁。培養(yǎng)液中溶有或微載體表面吸附著二價(jià)陽(yáng)離子作為媒介時(shí)，帶負(fù)電荷的細(xì)胞也能貼附于帶負(fù)電的微載體上。
但也有不帶電荷的微載體，一般是表面包被有一層膠原或明膠，或是表面耦合纖粘連蛋白或纖粘連蛋白多肽。
（2）范德華力：
除了靜電引力外，細(xì)胞與微載體之間還存在范德華力。范德華力是一種分子間作用力，細(xì)胞與微載體之間也存在這種作用力，它能夠使細(xì)胞與微載體相互吸引并發(fā)生貼壁。
除了微載體表面的電荷性質(zhì)，也可以通過(guò)化學(xué)修飾等方法改變微載體表面的電荷性質(zhì)，調(diào)控細(xì)胞與微載體之間的相互作用，從而優(yōu)化細(xì)胞貼壁效果。
比如：
表面親疏水性： 親水性表面有利于細(xì)胞粘附和擴(kuò)散，而疏水性表面則可能抑制細(xì)胞貼壁。
表面形貌：光滑的表面有利于細(xì)胞擴(kuò)展，而多孔的表面則可能使細(xì)胞擴(kuò)展速度減慢。
四、微載體的分類(lèi)
微載體根據(jù)物理學(xué)特性主要分為固體微載體和液體微載體兩類(lèi)。
最常見(jiàn)的一種分類(lèi)是基于材料，包括葡聚糖基質(zhì)微載體、明膠類(lèi)基質(zhì)微載體、纖維素基質(zhì)微載體、聚苯乙烯微載體、甲殼質(zhì)微載體、聚氨酯泡沫微載體、藻酸鹽凝膠微載體、磁性微載體及其他微載體等多種類(lèi)別。
又因?yàn)檫@些原材料可形成多種不同形狀，又延伸出根據(jù)形狀分類(lèi)，常見(jiàn)的有球狀、片狀、纖維狀、管狀、微孔狀等。
最常見(jiàn)的一種分類(lèi)是基于材料，包括葡聚糖基質(zhì)微載體、明膠類(lèi)基質(zhì)微載體、纖維素基質(zhì)微載體、聚苯乙烯微載體、甲殼質(zhì)微載體、聚氨酯泡沫微載體、藻酸鹽凝膠微載體、磁性微載體及其他微載體等多種類(lèi)別。
又因?yàn)檫@些原材料可形成多種不同形狀，又延伸出根據(jù)形狀分類(lèi)，常見(jiàn)的有球狀、片狀、纖維狀、管狀、微孔狀等。
微載體憑借其卓越的性能和多樣化的應(yīng)用場(chǎng)景，在生物醫(yī)學(xué)研究和生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。而微載體的種類(lèi)繁多，不同材料制成的微載體各具特色，其性能和適用范圍也有所不同。為了幫助您更深入地了解微載體，我們將在后續(xù)文章中詳細(xì)介紹各種不同材料的微載體，敬請(qǐng)期待，讓我們一起探索微載體的更多奧秘！
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HOLVES提供不同類(lèi)型的發(fā)酵罐知識(shí)、技術(shù)文章，例如：發(fā)酵罐發(fā)展歷史、發(fā)酵罐日常保養(yǎng)。在發(fā)酵罐產(chǎn)品更新方面，最新的新生代實(shí)驗(yàn)室玻璃發(fā)酵罐，能滿(mǎn)足更多用戶(hù)的需求。
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