3D海綿細(xì)胞可以提高抗癌抗病毒藥物化合物的產(chǎn)量
世界上有9000多種海綿(孔蟲門)，它們是新型天然產(chǎn)品的來源。它們含有很有希望的化學(xué)物質(zhì)，可能在抗擊癌癥、新冠病毒和耐抗生素葡萄球菌方面有用。這些化學(xué)物質(zhì)與分子相互作用，這些分子在進(jìn)化史上一直是保守的，并參與人類的疾病過程，例如，細(xì)胞周期，免疫和炎癥反應(yīng)，鈣和鈉調(diào)節(jié)。
不幸的是，許多與藥物相關(guān)的海綿僅在源海綿中發(fā)現(xiàn)微量，而采集足夠的野生海綿生物量來供應(yīng)臨床藥物開發(fā)和制造所需的數(shù)量在經(jīng)濟(jì)上和生態(tài)上都是不可行的。
佛羅里達(dá)大西洋大學(xué)海港分校海洋研究所的研究人員提出了一個可行的解決方案。此前，他們利用優(yōu)化的營養(yǎng)培養(yǎng)基培育出了海洋無脊椎動物(海綿)細(xì)胞，并實現(xiàn)了快速分裂，這在海洋生物技術(shù)方面取得了突破性的發(fā)現(xiàn)。在這一發(fā)現(xiàn)之前，海洋無脊椎動物細(xì)胞系并不存在。
現(xiàn)在，F(xiàn)AU海港分部的科學(xué)家們通過成功地培養(yǎng)3D海綿細(xì)胞，將這項前沿研究推向了一個新的水平。細(xì)胞在二維培養(yǎng)中表現(xiàn)出不同的生物學(xué)和生理特性，而細(xì)胞間的相互作用和功能在這些特性中起關(guān)鍵作用，在二維培養(yǎng)中受到限制。新的3D方法更好地代表了海綿細(xì)胞在自然界中的功能，并將有助于擴(kuò)大海綿生物量和生物活性代謝物的生產(chǎn)。
在加勒比海發(fā)現(xiàn)的海洋海綿Geodia neptuni被選為本研究的對象，以演示3D培養(yǎng)方法的概念證明。研究人員評估了在三種3D基質(zhì)中培養(yǎng)的海綿細(xì)胞:纖維盤、薄水凝膠層和凝膠微滴，目的是應(yīng)用其中一種或多種方法來擴(kuò)大生產(chǎn)。
發(fā)表在《海洋藥物》(Marine Drugs)雜志上的研究結(jié)果顯示，營養(yǎng)物和海綿產(chǎn)品可以迅速地在3D基質(zhì)中擴(kuò)散和擴(kuò)散，而凝膠微滴可以在旋轉(zhuǎn)瓶中按比例放大;細(xì)胞和/或分泌產(chǎn)物可以很容易地恢復(fù)。FAU海港分部的科學(xué)家們正在實驗室繼續(xù)他們的規(guī)?；a(chǎn)研究。
海綿細(xì)胞的體外培養(yǎng)是生產(chǎn)生物質(zhì)或生物活性代謝物的一個令人興奮的替代生物選擇，由于它們的細(xì)胞組織，海綿可以分解成細(xì)胞，這些細(xì)胞將重新聚集和分化，形成一個功能性海綿。此外，細(xì)胞培養(yǎng)可以讓我們精確地控制環(huán)境變量，選擇或優(yōu)化有利于增加生物量和/或生物活性代謝物產(chǎn)量的條件。
盡管在海洋中養(yǎng)殖全海綿或海綿“外植體”(碎片)對有限數(shù)量的物種是成功的，但無法控制極端天氣事件和有害藻華等環(huán)境條件，使海洋養(yǎng)殖成為不太理想的生物選擇。
美國國家海洋和大氣管理局(NOAA)海洋探測、研究與技術(shù)合作研究所前執(zhí)行主任、現(xiàn)任佛羅里達(dá)州立大學(xué)海港分校研究教授、資深作者雪莉·龐波尼博士說:“培養(yǎng)海洋海綿細(xì)胞有一些獨特的挑戰(zhàn)，例如，海洋海綿需要高鹽度，這可能會阻止我們植入細(xì)胞的水凝膠正常凝固。此外，許多水凝膠需要在高溫下固化，這對海綿細(xì)胞是致命的?！?/span>
多年來，F(xiàn)AU海港分部的科學(xué)家們一直在收集不同尋常的海洋生物，其中許多來自深水棲息地。大多數(shù)樣本主要來自大西洋沿岸和加勒比地區(qū);其他的則來自加拉帕戈斯群島、西太平洋、地中海、印度-太平洋、西非和白令海。
Pomponi和她的團(tuán)隊已經(jīng)建立了一個冷凍保存細(xì)胞的生物庫，這些細(xì)胞來自200多個海綿個體，代表了50多個物種，26科，15目，以及淺水和深水海綿的兩個綱。這是第一個海洋無脊椎動物細(xì)胞生物庫。它將被用于支持正在進(jìn)行的海綿衍生藥物開發(fā)的研究，以及棲息地恢復(fù)和其他生物技術(shù)應(yīng)用。
Pomponi說:“我們正在進(jìn)行研究，擴(kuò)大這些3D方法的規(guī)模，以增加它們在生產(chǎn)海綿衍生的化學(xué)品時的實用性，這些化學(xué)品對人類健康具有應(yīng)用價值。”
