在生物医学研究领域，构建精确的 3D 细胞培养模型极具挑战，模拟如大脑、脊髓等超软组织则更加困难。传统的水凝胶符合这类组织的部分特性，但机械强度较弱，无法满足实验需求。已有研究使用Melt Electrowritten（MEW）支架进行3D 构建，却依然存在结构与水凝胶交织、实验操作不便、限制神经元调整纤维排列，以及无法同时进行细胞和支架的生物打印等问题。为解决这些难题，将PCL 微纤维或纳米纤维增强材料掺入生物墨水中，用于改善生物墨水的可打印性，提高水凝胶的机械完整性，还可以支持细胞黏附、分化和增殖。因此研究不同微纤维与神经元细胞的相互作用，成为探索微纤维材料最适合神经元模型的关键。

德国维尔茨堡大学医院临床神经生物学研究所的科研团队对此问题进行了深入研究，聚焦于不同微纤维的形态和力学特性，及其与神经细胞之间的相互作用。通过精确控制微纤维的尺寸、形态、力学特性和表面化学性质，分析这些因素对神经细胞行为的影响。相关研究成果以“Impact of Polymorphic Microfibers for Establishment of Neuronal Model”为题发表于《Nnao Select》杂志上。
 

 

在本文中，innoME公司的zenCELL owl活细胞动态成像及分析系统，实时监测和记录微纤维与NSC-34细胞的相互作用过程，并对图片和视频数据进行分析处理，得到定性和定量结果。NSC-34细胞是一种具有运动神经元特性的细胞系，由富含运动神经元的胚胎小鼠脊髓细胞与小鼠神经母细胞瘤 N18TG2 融合而成，作为研究运动神经元生物学的重要模型，常被用于研究脊髓的神经退行性疾病。该细胞包含两种细胞群体：圆形、未成熟、几乎没有突起的细胞，以及经历分化、长突起的细胞，类似成熟的运动神经元细胞。将zenCELL owl 置于在37°C、5% CO₂的培养箱内对细胞进行动态监测，以每5分钟一次的高频次获取图像，并生成长时间的动态视频，清晰展示了细胞与微纤维之间的动态互动过程。

研究发现，不同微纤维引发的细胞行为差异明显，而细胞对不同形状、表面涂层和机械性能的微纤维反应也不同。PCL Db + 微纤维会被细胞收集、携带或拖动，其细胞 - 微纤维组合的移动距离比未接触细胞的微纤维长约 25 倍（图1A）；PCL Rd + 微纤维主要被细胞在边缘接近，然后翻转或转动，接触细胞的微纤维约每 10 帧就有一次旋转运动，而未接触细胞的微纤维在超 500 帧中仅有三次较大方向变化（图1B）；Coll Rd 微纤维会使细胞聚集，随着时间推移，细胞簇数量减少，但覆盖总面积增加（图1C）。

图1 NSC - 34 细胞与不同类型微纤维之间的相互作用行为，第一行是通过BioRender.com创建的细胞行为示意图，第二行是zenCell Owl的监测图片，第三行是分析的轨迹图 Tracks 1 – 4（左下）和量化分析图（右下）。其中， PCL Db+表示涂有胶原蛋白 I 的 PCL 哑铃形微纤维，PCL Rd+表示涂有胶原蛋白 I 的 PCL 杆形微纤维，Coll Rd表示纯胶原蛋白 I 杆形微纤维

研究团队还使用 Matrigel 水凝胶作为细胞外基质，对NSC-34 细胞与不同微纤维的相互作用进行了3D培养验证，并观察到与2D培养中类似的 NSC-34 细胞行为（图 2A–C）。

图2 NSC-34 细胞在 Matrigel水凝胶中与不同微纤维相互作用的动态过程，细胞与纤维相互接触，并进一步形成细胞簇（红色箭头）

细胞与微纤维的相互作用受微纤维特性影响显著，主要由微纤维的表面化学性质、力学特性和形状所决定，为开发更精确的三维神经细胞培养模型提供了重要的理论依据。通过选择合适的微纤维特性，可以更好地模拟神经细胞在体内的生长环境，从而为神经科学的研究和神经退行性疾病的治疗提供新的思路和方法。而zenCELL owl在这一研究中的成功应用，也充分展示了其在细胞行为观察和研究中的强大功能和潜力。

德国innoME公司研发的zenCELL owl活细胞动态成像及分析系统，提供了一种创新的解决方案。该系统基于非标记、非侵入的方法，能够在细胞培养箱内长时间连续工作，通过24个显微成像镜头对24个视野进行连续的动态监测和图像获取，为用户提供高质量图像、视频、统计学曲线和定量数据。

环亚生物，生命科学产品全国性代理商，不断把国外顶级的创新产品引入中国。环亚生物具备完善的公司运营、产品管理、营销、售前技术支持和售后维修体系。环亚生物作为zenCELL owl产品大中华区独家代理商，负责zenCELL owl产品大中华区的营销和售后支持。

文献原文阅读：
https://doi.org/10.1002/nano.202400122

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