你问我答”-基质胶-闲谈历史，答疑解惑
基质胶（Matrigel）为一种从富含胞外基质蛋白的EHS小鼠肿瘤中提取出的基底膜基质，主要成分包含层粘连蛋白、IV型胶原、巢蛋白、硫酸肝素糖蛋白，还包含生长因子和基质金属蛋白酶等。基于Matrigel的组成及特性，Matrigel对于体外模拟细胞体内生长环境提供了非常重要的支持。
01 Matrigel的来源 美国发育和异常生物学实验室 (LDBA) 于 1972 年在国立牙科研究所成立，作为生物化学实验室的一个分支，大部分胶原蛋白的研究工作由 Karl Piez 和他的同事进行。LDBA还对细胞外基质成分在发育和疾病中的作用感兴趣。作为研究的一部分，Barbara Smith进行了可移植大鼠软骨肉瘤研究，肿瘤由Richard Swarm 提供，Richard Swarm收集并保留了许多此类肿瘤供研究用。在与 Richard Swarm、Ted Miller和Albert Dorfman合作后，Barbara Smith确定该肿瘤中的胶原蛋白是典型的II型胶原蛋白。这是 LDBA 使用肿瘤作为模型研究细胞外基质的初步经过。Roslyn Orkin研究了具有丰富细胞外基质的小鼠肿瘤，最初它被确定为低分化软骨肉瘤。超微结构和氨基酸分析以及其他研究表明，肿瘤基质不同于软骨，而是类似于基底膜。基于肿瘤中的基因表达与胚胎癌细胞中的基因表达不同，EHS肿瘤很可能来源于壁内胚层，而不是软骨。为感谢丹麦的 J. Engelbreth Holm（发现了EHS肿瘤） 和 Richard Swarm（维持并定义了EHS肿瘤），它被命名为 EHS 肿瘤。 02 Matrigel的研发 LDBA 负责人 George Martin在德国 Martinsried 的Max Planck生物化学研究所与 Timpl 等人研究 EHS 肿瘤中的胶原蛋白。Pamela Gehron Robey（1970年代在LDBA攻读研究生） 分离出一种大而独特的糖蛋白，被Timpl 等人命名为层粘连蛋白（Laminin）。后来，硫酸乙酰肝素糖蛋白和基底膜聚糖（Perlecan），被Hassell 等人（LDBA）从 EHS 肿瘤中分离出。多种针对这些蛋白的特异性抗体被制备出来，这使得Charles Leblond 小组可以在基底膜上定位这些成分，并建立了一个结构模型。 Gordon Laurie定位了IV型胶原蛋白、层粘连蛋白和Perlecan，它们彼此结合，存在于所有基底膜中。Grant 表明IV型胶原蛋白、层粘连蛋白和 perlecan 在生理条件下从溶液中共沉淀出来，形成了超分子复合物。Lance Liotta鉴定了一种酶，IV型胶原酶，现在知道是基质金属蛋白酶 2 (MMP-2)，由恶性肿瘤细胞产生。MMP-2 裂解从 EHS 肿瘤中分离的基底膜胶原蛋白，但没有切割 I 型胶原蛋白。由于能够降解并通过基底膜是肿瘤细胞恶性的关键特征，许多体外侵袭实验，使用了羊膜、IV型胶原蛋白和 Matrigel作为基底膜屏障包被在标准 Boyden 趋化的多孔小室上。 03 Matrigel的命名 Hynda Kleinman 于 1975 年加入 LDBA，从事细胞与细胞外基质成分的分子相互作用。层粘连蛋白的附着活性被发现，可以促进上皮，内皮细胞和肿瘤细胞附着，而成纤维细胞则不附着于层粘连蛋白。1983 年，Hynda Kleinman开始使用 EHS 肿瘤的提取物。在这些研究中，EHS 肿瘤组织用尿素提取基质，透析后得到的溶液在37°C 时，形成透明的凝胶。这种材料后来被John Hassell命名为 Matrigel。 04 Matrigel的应用 1984 年，由 Elizabeth Hay（哈佛医学院）领导的团队参观了 LDBA。在给细胞生物学考察团准备实验中，测试了Matrigel支持细胞生长的能力，发现黑色素细胞迅速着色并形成内皮细胞管状结构。Elizabeth Hay实地参观后，作为 NIH 之外的第一人，开始尝试将 Matrigel用于神经嵴外植体。更多的人开始对 Matrigel 感兴趣，获得 NIH 技术转让许可后，Matrigel的商品化也随之启动。（几经易手后，Matrigel产品现已成为BD的主打产品之一。） 经过几十年的发展，Matrigel的应用领域涵盖了体内外周神经再生、代谢和毒理学研究、肿瘤细胞侵袭试验的开发、体外和体内血管生成研究、人类肿瘤免疫机制研究、人胚胎干细胞（hESC）和诱导多能性干细胞 (hiPSc) 的维持、扩增和分化等。 05 Matrigel的延伸 近几年来，随着类器官技术的发展，类器官研究已成为精准医学的重要部分。特别是肿瘤类器官在肿瘤基础研究，肿瘤药物筛选和药敏检测方面的快速进展尤为引人注目。采集大样本肿瘤组织标本，建立肿瘤类器官库，成为肿瘤研究的重要平台。Matrigel可以模拟人体肿瘤微环境，让肿瘤细胞在体外重现体内特征，在肿瘤患者的药敏测试和新药研发中发挥重要作用。人们期望在不久的将来，肿瘤类器官成为精准医学时代的试药替身。 参考文献： Hynda K Kleinman & George R Martin, Matrigel: basement membrane matrix with biological activity. Semin Cancer Biol. 2005 Oct;15(5):378-86. 什么是基质胶？ 基质胶是从富含胞外基质蛋白的小鼠肿瘤细胞中提取出的天然基底膜基质。主要成分有层粘连蛋白、Ⅳ型胶原蛋白、巢蛋白和糖蛋白。 基质胶有哪些成分？ 基质胶是从富含胞外基质蛋白的小鼠肿瘤中提取出的天然基底膜基质。主要成分依次为层粘连蛋白（Laminin）、IV型胶原蛋白（Col-IV）、巢蛋白（Entactin）、硫酸乙酰肝素蛋白多糖（Heparan sulphate proteoglycans）及多种细胞因子，如类胰岛素生长因子（IGF-1）、转化生长因子β（TGF-β）、血管内皮生长因子（VEGF）、表皮生长因子（EGF）、成纤维细胞生长因子（bFGF）等。产品溶解于高糖DMEM中，且非定制产品均添加了50μg/mL庆大霉素。 基质胶的作用原理是什么？可以用于什么领域？ 融化后的基质胶，在4℃条件下呈液态。随着温度从低温逐步升高，超过8℃后，基质胶中以层粘连蛋白为核心、IV型胶原蛋白为框架聚合形成分隔的交联网状结构，能够与基质胶中的其他各类蛋白相互交联，最终形成固体支架，即基底膜。基质胶可以由使用者控制基底膜的厚度进行多类实验操作。目前基质胶的主要应用领域有类器官研究领域、动物成瘤领域、干细胞研究领域、代谢及毒理研究等。 基质胶可以在多次冻融循环后使用吗？ 可以，但尽量不要。我们建议客户首次融化后按照单次使用量进行分装，若无法预判用量，请尽量减少基质胶的冻融次数。 我可以一直把基质胶放在4℃使用吗？ 不可以。基质胶本质为蛋白质，为了长期使用，建议4℃放置时间不超过一周。 低因子基质胶和标准型基质胶有何区别？ 模基生物低因子基质胶产线是在标准型基质胶的基础上进行减生长因子处理后产生的，主要区别在于低因子基质胶中痕量IGF-1、VEGF、TGF-β、EGF、bFGF等生长因子的含量均少于标准型基质胶。基质胶中的细胞因子，容易引起细胞的不定向分化，甚至凋亡。低因子基质胶常用于在类器官培养等需要精准分化控制细胞培养场景。 含酚红和不含酚红的基质胶有什么区别？ 无酚红基质胶没有颜色干扰，更适用于需要染色分析的相关应用；含酚红基质胶中的酚红可以作为pH指示剂，被稀释于大体积培养液后，产品本身的指示作用强度降低。另外，酚红有类似雌激素的效果，在对激素敏感的相关研究中，建议使用无酚红基质胶。 为什么我在种板时基质胶会摊开？ 这可能与培养板有关，我们建议使用TC处理后的培养板进行操作。 基质胶最低凝胶限度是多少？ 建议最少将基质胶稀释至浓度不低于4mg /mL，且需要确保基质胶完全溶解于稀释体系中。每批产品的分析证明书中我们会附上最大可凝稀释比例，可以作为客户实验的参考。 大体积稀释的基质胶贮存液还需要冷冻保存吗？不冷冻的话能放多久？ 基质胶不建议稀释后冷冻，建议现配现用。对于被稀释到0.5mg/mL以下浓度的基质胶，一次无法完全使用，剩余的贮存液是不需要冷冻保存的，但需要置 于0-4℃环境中保存，两周内使用，每次使用都需要保证全程在冰上，且完全混匀贮存液。 A: 以标准型基质胶为例，对于全新未拆封产品，冷冻状态下基质胶可在使用前一天埋于冰中转移至2-8℃环境，次日使用；或者在操作前4h暴露于4℃环境解冻，立刻使用；对于已经封装好的基质胶（500 μL为例），冷冻基质胶在使用前30min于4℃环境下解冻即可使用。 A: 建议使用时稀释浓度不低于4mg/mL，并保证基质胶完全溶解于稀释体系中。 A: 标准型浓度的基质胶（8-13mg/mL）的凝胶时间约为20-30 分钟，而高浓度型基质胶（16-26mg/mL）凝胶时间约为3分钟，37℃环境孵育并确保凝胶时间充足的条件下，可观察到基质胶在底层形成薄层凝胶，即可判断基质胶已经凝固。 A: 对于24孔板的Transwell小室，建议使用将标准浓度进行1:8稀释后，以60 μL稀释液进行铺胶。 经验证，以不同浓度标准型基质胶作用24h后，检测到5×104 SGC-7901的侵袭，且随着基质胶浓度的增 加，成功侵袭的细胞数明显减少。 经验证，以不同浓度标准型无酚红基质胶作用24h后，检测到5×104 SGC-7901的侵袭，且随着基质胶浓度的增加，成功侵袭的细胞数明显减少。 A: 2D贴壁细胞也可以用，基质胶是可以促进细胞贴壁的，尤其是iPSC。 A: 诱导分化不取决于基质胶，这是由培养基定向分化完成的。 A: 不是的，类器官培养过程中需要观察生长尺寸，并通过传代等方式控制。由于类器官内部缺乏循环系统，当类器官尺寸较大时，靠近中心的细胞难以和外界进行氧气和营养成分的交换，容易引起凋亡，不利于后续检测。 A: 一般情况下实现稳定传代可以维持至少3代以上的扩增，部分类器官可实现10次以上扩增，且多次传代后仍然可以保留原有形态。 经验证，低因子无酚红基质胶和类器官培养版本基质胶可维持类器官传代的稳定性，与C公司同类产品效果相当。小鼠小肠类器官长期扩增超过7代，均维持典型类器官出芽形态。 经对比验证，低因子无酚红基质胶和C公司的同类产品均可维持人胃癌类器官生长。连续传至三代观察发现，特征一致，均呈典型囊泡样结构。 A: 推荐使用Matrigengel Matrix (HC), 经体内成瘤实验验证,能显著促进裸鼠皮下肿瘤增殖。 经体内成瘤实验验证，与对照组和C公司同类产品相比，不同批次的高浓度基质胶能显著促进裸鼠皮下肿瘤增殖。 A: 一般来说，注射后一周基质胶基本被吸收了，大概一周左右会开始形成明显的肿瘤，不同细胞时间不一样，注射细胞量不一样时间也不一样。 A: 可以稀释基质胶，按照基质胶：培养基=2：1的比例进行稀释；铺板体积可参照表1进行。 A: 成管时间与细胞状态密切相关。细胞状态好时，2-3小时开始成管；细胞状态较差时，可能18-24h成管；如果使用原代内皮细胞而非永生化细胞，开始成管的时间会延迟几个小时。建议首次实验时，每4小时观察一次。 A: 这三者占比分别为laminin 为60%，Collagen IV 30%,entactin 8%。对于不同批次基质胶产品各个蛋白组分含量的情况，我们都有蛋白SDS-PAGE电泳图作为验证，如果需要可以提供。 A: 天然提取的基质胶蛋白会存在一定批间差，实际得到的一般都是10mg/mL左右，基质胶产品的COA中会体现具体浓度。 全自动微重力3D细胞培养系统ClinoStar 来自丹麦Celvivo设计的ClinoStar和ClinoReactor。 ClinoStar 是一款独立的 CO₂ 恒温培养箱，可让您在六个单独的通道上进行3D细胞培养。 ClinoReactor 是一种带有保湿功能的一体化生物反应器，可将感染风险降至最低并维持培养腔中的液体体积恒定。 ClinoReactor 顶部的通风口可确保膜上的空气恒定流动，使 CO₂ 与细胞培养腔内的培养基保持平衡。你问我答
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