基质胶的组分、使用方法及在三维细胞培养与疾病研究中的应用
2026-01-20 来源:本站 点击次数:67基质胶，一种来源于EHS小鼠肉瘤的基底膜基质，是现代生物医学研究中的多功能工具。它主要由层粘连蛋白、IV型胶原和巢蛋白构成，同时含有多种生长因子和蛋白聚糖。这种独特的组成使其能在室温下快速聚合形成具有生物学活性的三维基质，模拟体内细胞基底膜的结构、组成和功能。从常规的细胞培养到前沿的类器官研究，从癌症生物学到药物筛选，基质胶的应用几乎渗透到了现代生命科学研究的各个角落。
01 基质胶是什么？基质胶，又称ECM或BME凝胶，是从Engelbreth-Holm-Swarm（EHS）小鼠肉瘤中提取的基底膜基质。这种可溶性基底膜制备物在室温条件下能聚合形成具有生物学活性的三维培养基质，模拟体内细胞基底膜的结构、组成、物理特性和功能。
复杂组分
基质胶的分子组成极为复杂，其主要成分包括约60%的层粘连蛋白，约30%的IV型胶原蛋白和约8%的巢蛋白。层粘连蛋白和IV型胶原蛋白为细胞提供结构支持，而巢蛋白则作为一种桥接分子，能够与层粘连蛋白和IV型胶原蛋白相互作用，有助于细胞外基质分子结构组织的形成。
除了这些主要成分外，基质胶还包含硫酸肝素蛋白聚糖以及多种生长因子，如血管内皮生长因子（VEGF）、转化生长因子-β（TGF-β）、表皮生长因子（EGF）、胰岛素样生长因子（IGF）、成纤维细胞生长因子（FGF）和组织纤溶酶原激活物（PLAT）。
产品多样化为满足不同实验需求，基质胶有多种类型，包括标准型、低生长因子型、高浓度型、高浓度低生长因子型、干细胞专用型和类器官专用型等。
不同类型基质胶的蛋白浓度范围各不相同，标准型一般为8-13mg/ml，而高浓度型则可达到16-26mg/ml。
02 广泛应用细胞迁移与侵袭研究
在肿瘤转移研究中，基质胶是评估细胞迁移和侵袭能力的关键工具。通过Transwell实验，研究人员可以将基质胶铺在小室膜上，形成一层屏障，模拟体内基底膜的结构。癌细胞要突破这层屏障，就需要激活其侵袭机制，分泌蛋白酶并在趋化因子引导下定向移动。
实验时，先将基质胶原液按1：8用无血清培养基稀释后包被Transwell小室底部膜的上室面，置37℃、30分钟使基质胶聚合成凝胶。然后将饥饿处理后的细胞接种于上室，下室加入含血清或特定趋化因子的培养基，常规培养12-48小时后，对迁移到下室的细胞进行固定、染色和计数。
三维细胞培养传统二维细胞培养在塑料表面进行，无法模拟体内细胞的微环境。而基质胶提供的三维支撑结构使细胞能够建立自然的细胞-细胞和细胞-基质相互作用，更好地模拟体内状态。
在3D培养中，根据实验需求可采用薄胶法或厚胶法。薄胶法形成的凝胶厚约0.5mm，适用于细胞贴壁和增殖；厚胶法形成的凝胶厚约1-2mm，适用于3D细胞培养。
三维培养的细胞常表现出与体内更为相似的基因表达谱、信号通路活性和功能特性，为疾病机制研究和药物筛选提供了更可靠的平台。
类器官培养类器官是一种在体外培育的、源自干细胞的、具有体内相应器官空间组织和部分功能特征的三维细胞团。基质胶在类器官研究中为类器官生长提供必要的生长因子、蛋白质和所需的基质结构。
在类器官培养中，通常使用低生长因子、不含酚红的基质胶，以排除生长因子对实验的干扰，并避免颜色对检测的影响。研究显示，基质胶能支持多种类器官的培养，包括小鼠胆管、气道上皮类器官等。
体内成瘤实验在癌症研究中，基质胶广泛应用于体内成瘤实验。将肿瘤细胞与基质胶混合后接种到免疫缺陷小鼠皮下，可显著提高成瘤率和成瘤速度。基质胶在这一过程中为肿瘤细胞在接受宿主营养之前提供充足的营养环境，起到“桥梁”的作用。
实验证明，使用优质基质胶的平均肿瘤重量可比对照组增加近4倍，显著促进肿瘤生长。
血管生成研究基质胶也是血管生成研究的理想工具。在体外血管生成实验中，人脐静脉内皮细胞（HUVEC）在基质胶上培养4小时后，便可观察到显著的管腔样结构形成。这一模型可用于研究促血管生成因子和抗血管生成因子的作用，以及相关信号通路机制，对肿瘤学和再生医学研究具有重要意义。
03 如何使用？
解冻与分装
基质胶通常在-20℃保存，使用前需要解冻。正确的做法是将基质胶小瓶置于冰中并在4℃冰箱避光过夜融化，蛋白浓度高时可能需要更多时间。解冻后，使用预冷的移液管轻柔地吸取基质胶或涡旋小瓶以确保其分散均匀，然后根据后续实验所需量进行分装。
包被方法
根据实验目的的不同，基质胶的包被方法主要有三种：
- 薄胶法：形成的凝胶厚约0.5mm，用于细胞贴壁和增殖。按照50μL/cm²向培养板/皿的生长表面加入基质胶，然后置于37℃孵育30分钟以固化基质胶。
- 厚胶法：形成的凝胶厚约1-2mm，用于3D细胞培养。按照150-200μL/cm²向培养板/皿的生长表面加入与细胞混合后的基质胶，然后置于37℃孵育30分钟固化。
- 薄层包被法：使用较低的基质胶浓度使仅形成混合的蛋白包被层，不形成凝胶。使用不含血清的培养液或PBS将基质胶稀释到需要的浓度。
关键注意事项
使用基质胶时，有几点需要特别注意：
- 始终在低温条件（4℃）下操作基质胶，避免在室温下操作，因为基质胶在10℃以上就会开始凝胶化。
- 避免反复冻融——初次解冻后应适当分装，避免多次冻融影响基质胶活性。
- 实验完毕后，剩余的基质胶不可留待下次使用。
04 如何选购？
根据实验类型选择
面对市场上多种类型的基质胶，研究人员应根据实验需求选择合适的产品：
- 对于常规的细胞实验，如2D、3D细胞培养、体外血管生成、细胞侵袭等，可选择标准型基质胶。
- 对于需要降低细胞因子本底水平干扰的实验，如细胞信号通路和基因表达检测等，应选择低生长因子型基质胶。
- 对于体内成瘤实验和体内血管生成实验，高浓度型基质胶更为适合，因为它们能提供更强的基质刚度和支架完整性。
- 对于干细胞培养，如人胚胎干细胞和诱导多能性干细胞的培养，应选择干细胞专用型基质胶。
- 对于类器官研究，类器官专用型基质胶能提供类器官生长所需的必要生长因子、蛋白质和基质结构。
关注质量指标
选择基质胶时，还需要关注几个关键质量指标：
- 蛋白浓度：标准型为8-13mg/ml，高浓度型为16-26mg/ml。
- 内毒素水平：优质基质胶的内毒素含量应低于4-8 EU/ml。
- 安全性：应选择不含LDEV（乳酸脱氢酶增高病毒）的基质胶，确保实验安全。
- 批次间一致性：选择批次稳定性好的产品，确保实验可重复性。
随着技术的不断进步，基质胶的应用领域正在不断扩大。特别是在类器官、器官芯片和再生医学等前沿领域，基质胶作为提供细胞生长微环境的关键组分，正发挥着越来越重要的作用。未来，我们有理由相信，随着对细胞微环境理解的加深和生物材料工程的发展，基质胶技术将继续推动生命科学研究向前迈进。
在选择基质胶时，研究人员应根据自己的实验需求、细胞类型和研究目标，选择最适合的基质胶类型，并严格遵循操作指南，才能确保实验的成功和结果的可靠性。
爱必信基质胶推荐| 货号 | 产品名称 | 规格 |
|---|---|---|
| abs9490 | 基质胶（标准型，含酚红） | 1.5mL×4/1.5mL×8 |
| abs9493 | 基质胶（高浓度，无酚红） | 1.5mL×4/1.5mL×8 |
| abs9491 | 基质胶（标准型，无酚红） | 1.5mL×4/1.5mL×8 |
| abs9495 | 基质胶（低因子，无酚红） | 1.5mL×4/1.5mL×8 |
| abs9492 | 基质胶（高浓度，含酚红） | 1.5mL×8 |
| abs9496 | 基质胶（IPS验证无酚红） | 1.5mL×4 |
| abs9494 | 基质胶（低因子，含酚红） | 1.5mL×4/1.5mL×8 |
| abs9497 | 基质胶（高浓度，低因子，含酚红） | 1.5mL×8 |
| abs9498 | 基质胶(高浓度，低因子，无酚红) | 1.5mL×8 |
| abs9410 | 即用型基质胶 | 100mL |
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