2026.04.15

高通量球狀體形成與遷移分析——CELLCYTE X 助力更穩定的 3D 乳腺癌模型構建

新一代活細胞實時動態成像及功能分析系統 CELLCYTE X，可實時追蹤並分析球體生長狀態與健康程度，為藥物評估提供客觀量化指標（往期文章：《CellCyte X 細胞球體分析軟件讓 3D 球體實驗更科學、更輕松》）。

本文將展示 CELLCYTE X 在高通量實驗場景中的應用實踐，重點呈現其針對高穩定性、高重復性腫瘤球狀體模型及細胞遷移模型的長期實時監測與多維度功能分析方案。研究以乳腺癌細胞系 MDA-MB-231 為研究對象，利用 3D 生物打印技術構建球狀體與細胞遷移模型，通過 CELLCYTE X 活細胞成像系統，連續 5–9 天對模型進行非侵入式追蹤監測，系統性對比 TeloCol®-10（重組人 Ⅰ 型膠原蛋白）與Matrigel（基底膜基質膠）兩種細胞外基質（ECM）材料的生物學性能。

研究結果顯示：TeloCol®-10 在維持3D腫瘤球狀體的結構完整性與形態穩定性方面顯著優於 Matrigel，且兩者生長速率相當；此外，TeloCol®-10 批次間一致性高，不含腫瘤源性生長因子幹擾，更適用於高通量生物打印及長期體外藥物篩選。

研究背景：為何需要更穩定的 3D 細胞基質？

Matrigel 雖被視為 3D 細胞培養的「金標準」之一，但其成分復雜、批次差異顯著，含有多種腫瘤源性生長因子，且力學性能調控性差、樣本硬度不均一，在長期培養中易發生降解，液滴也易脫落。相比之下，膠原蛋白作為天然組織的主要成分，生物相容性優良，機械性能可調。其中，TeloCol®-10（含 95% I 型膠原蛋白與 5% III 型膠原蛋白）保留了膠原的端肽結構，交聯更充分，剛度更高，接近乳腺癌基質的生理剛度為構建更具生理相關性的3D腫瘤模型提供了理想的基質平臺。

實驗設計：高通量生物打印 + 實時活細胞成像

1. 細胞與材料

細胞：mCherry 標記的 MDA‑MB‑231 乳腺癌細胞。

基質：TeloCol®-10（6 mg/mL 或 4 mg/mL）和 Matrigel（6 mg/mL 或 4 mg/mL）。

打印方式：采用定製生物分配器，在 96 孔板中打印 1 μL 細胞‑水凝膠混合液滴。

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圖1. TeloCol®-10稀釋至6 mg/mL和4 mg/mL時的儲存模量

2. 兩種檢測模型

球狀體形成模型構建方法：將終濃度為 6 mg/mL的TeloCol®-10或Matrigel水凝膠與細胞懸液通過兩支註射器反復推拉30次充分混勻，裝入預冷至2℃的生物分配儀中，在96孔板內打印1 μL載細胞液滴，隨後置於37℃培養箱中熱交聯（TeloCol®-10約15分鐘，Matrigel約25分鐘），每孔加入300 μL培養基，每3天半量換液，連續培養5天用於球狀體形成觀察。

細胞侵襲遷移模型（液滴嵌套式）構建方法：參照上述方法打印1 μL載細胞的內核液滴（6 mg/mL），經37℃交聯後，在內核完全凝膠化的基礎上，於其外層打印5 μL無細胞的4 mg/mL水凝膠以形成包裹結構，再次進行熱交聯，隨後同樣每孔加入300 μL培養基、每3天半量換液，連續培養9天以追蹤細胞從內核向外層的侵襲遷移行為。

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圖2. TeloCol®-10/Matrigel 的球狀體（液滴）與遷移模型（液滴嵌套式） 3D 生物打印及分析流程概覽

3. 實時成像與定量分析

使用新一代活細胞實時動態成像及功能分析系統 CELLCYTE X，每 3 小時采集一次明場與紅色熒光圖像（4×物鏡），連續監測 5–9 天，並借助系統自帶的球體分析模塊 CELLCYTE Studio，對總熒光強度進行歸一化處理（Ft/Fi），量化細胞的生長與聚集情況。

實驗結果：TeloCol®-10在穩定性上突出，Matrigel 易降解

✅ 球狀體形成：兩種基質均能支持球體形成，但穩定性差異顯著

TeloCol®-10組：第 3 天開始聚集成團並形成類球體，持續生長至第 5 天（圖 3A）。

Matrigel組：細胞第 2 天即形成類球體（圖 3B）。第 3 天起，Matrigel液滴邊緣開始降解，細胞團被推向孔板中央，部分細胞貼壁生長。第 4–5 天，小型類球體融合為大團簇，貼壁細胞過度生長占據孔底大部分區域。熒光監測顯示，兩組細胞生長速率一致（圖 4）。

本結果證實 TeloCol®-10 在此體系中穩定性更優。

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圖3. TeloCol®-10 與 Matrigel 中 MDA-MB-231 球狀體形成及降解對比

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圖4. 相對熒光強度顯示 TeloCol®-10 與 Matrigel 中細胞增殖速率基本一致

✅ 遷移模型：TeloCol®-10可維持完整結構長達 7 天以上

TeloCol®-10組與Matrigel組細胞均在第 3 天開始從內核向外層遷移，後續幾天大量遷移。伴隨細胞遷出，內核層降解，中央形成類球體團，與類球體模型中降解現象一致。第 7 天，Matrigel組外層開始降解收縮，向中央聚集，孔底留下細胞遷移軌跡。總體而言，TeloCol®-10組模型可連續監測遷移至第 9 天；Matrigel組模型細胞第 7 天已遷移至外層邊緣（圖5）。

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圖5. TeloCol®-10 與 Matrigel 中的液滴嵌套式遷移模型對比（9天動態監測）

✅ Matrigel 易降解的核心原因

類球體與遷移實驗中觀察到的Matrigel 降解，與生長細胞的蛋白水解作用相關。1 μL 小體積液滴、4–6 mg/mL 濃度、高細胞密度均可能加劇降解。薄層的Matrigel 易形成異常結構，細胞傾向於單層生長。此外，Matrigel 蛋白與生長因子組成的差異會影響凝膠力學性能、細胞生長、遷移與實驗重復性。前期實驗顯示，換液或加藥時Matrigel液滴易從孔底脫落；而 TeloCol®-10液滴可穩定黏附於孔中央。

實驗結論：TeloCol®‑10 是高通量 3D 生物打印的更優選擇

在相同濃度下，TeloCol®-10 與 Matrigel 均能支持乳腺癌細胞的球狀體形成與遷移，且細胞生長速率基本一致。然而，Matrigel 在球狀體模型中培養 4 天後即出現明顯降解，在遷移模型中於第 6–7 天也發生降解；相比之下，TeloCol®-10因保留端肽結構而具有更高的剛度（1.2 kPa）和超過 99% 的純度，在整個實驗周期內未出現任何降解跡象。同時，TeloCol®-10 不含 Matrigel 中復雜的生長因子及批次差異，因此更適用於高通量生物打印與長期藥物篩選等應用場景。

CELLCYTE X 在此次研究中發揮了關鍵作用：

高通量：支持 96 孔板全自動並行監測，適配大規模篩選需求；

長時程：實現原位培養與連續成像，全程不幹擾細胞正常狀態；

定量化：內置球狀體分析模塊，可快速完成對細胞聚集、遷移及生長過程的量化評估。

未來展望

本研究通過 3D 生物打印結合 CELLCYTE X 活細胞實時成像系統，成功構建高通量乳腺癌細胞球狀體形成與遷移模型，並通過多維度驗證了TeloCol®-10相較於 Matrigel 在 3D 細胞培養中的優勢。而 CELLCYTE X 憑借高通量並行監測、長時程非侵入式追蹤及多參數精準量化分析技術，為3D模型的構建質控、動態行為監測及實驗數據的客觀評估提供了核心技術支撐，二者結合為腫瘤生物學研究、體外藥物篩選與高通量 3D 生物打印模型開發，提供了更穩定、可重復、更貼近生理環境的高效解決方案。