以下是一篇關於「人源誘導性多能幹細胞 (iPSC) 衍生的血管類器官培養中，Matrigel 的無動物替代方案」的新聞報導：

Matrigel，一種從 Engelbreth-Holm-Swarm (EHS) 小鼠肉瘤提取的基底膜提取物，長期以來一直是體外細胞培養，特別是類器官培養的黃金標準。它提供細胞生長和分化的三維 (3D) 微環境，對於模擬體內組織結構和功能至關重要。然而，Matrigel 的使用也存在一些固有的問題，包括成分不確定性、批次間差異、潛在的病原體污染，以及最重要的，倫理考量——它源自動物。因此，開發無動物替代方案對於推進人源 iPSC 衍生的血管類器官研究至關重要。

Matrigel 的局限性與替代方案的需求

Matrigel 的複雜成分使其難以進行精確的實驗控制和結果的可重複性。不同批次的 Matrigel 在生長因子、細胞外基質蛋白和其他成分的含量上可能存在顯著差異，這會影響細胞行為和類器官的形成。此外，由於 Matrigel 來源於小鼠，因此存在潛在的病原體污染風險，這對於臨床應用來說是一個嚴重的問題。更重要的是，動物來源的 Matrigel 引發了倫理方面的擔憂，促使研究人員尋找更人道和可持續的替代方案。

無動物替代方案的探索

近年來，研究人員積極探索各種無動物替代方案，以取代 Matrigel 在人源 iPSC 衍生的血管類器官培養中的應用。這些替代方案主要可以分為以下幾類：

1. 合成水凝膠

合成水凝膠是由人工合成的聚合物組成的 3D 基質。它們具有成分明確、可控的優點，可以根據需要進行定制，以模擬特定的細胞外基質 (ECM) 特性。常見的合成水凝膠包括聚乙二醇 (PEG) 水凝膠、聚丙烯酰胺 (PAAm) 水凝膠和肽水凝膠。

PEG 水凝膠：

PEG 水凝膠具有生物相容性好、免疫原性低的優點。通過化學修飾，可以將細胞粘附肽（如 RGD）整合到 PEG 水凝膠中，以促進細胞粘附和擴散。研究表明，PEG 水凝膠可以成功地用於培養人源 iPSC 衍生的血管類器官，並且在某些情況下，其性能甚至優於 Matrigel。例如，一項研究發現，在 RGD 修飾的 PEG 水凝膠中培養的血管類器官，其血管網絡的形成更加完整和成熟。

肽水凝膠：

肽水凝膠是由短肽自組裝形成的 3D 基質。它們具有生物活性高、可降解性好的優點。通過設計不同的肽序列，可以定制肽水凝膠的機械性能和生物功能。一些研究表明，肽水凝膠可以有效地支持人源 iPSC 衍生的血管類器官的形成和功能維持。

2. 天然來源的無動物基質

除了合成水凝膠外，一些天然來源的無動物基質也顯示出良好的應用前景。這些基質通常由植物、微生物或重組蛋白生產，避免了動物來源的倫理問題。

重組人層粘連蛋白 (rhLAM)：

層粘連蛋白是 ECM 的主要成分之一，對於細胞粘附、遷移和分化至關重要。rhLAM 是通過基因工程技術生產的，具有與天然層粘連蛋白相似的生物活性。研究表明，rhLAM 可以作為 Matrigel 的替代品，用於培養人源 iPSC 衍生的血管類器官。一項研究發現，在 rhLAM 中培養的血管類器官，其血管生成能力與在 Matrigel 中培養的血管類器官相當。

纖維素水凝膠：

纖維素是一種天然多醣，來源於植物或細菌。纖維素水凝膠具有生物相容性好、成本低廉的優點。通過化學修飾，可以改善纖維素水凝膠的機械性能和生物活性。一些研究表明，纖維素水凝膠可以有效地支持細胞的 3D 培養。

3. 微載體

微載體是微小的球形或多孔顆粒，可以為細胞提供附著和生長的表面。它們通常由聚合物或生物材料製成。微載體可以懸浮在培養基中，從而實現高密度的細胞培養。一些研究表明，微載體可以有效地用於培養人源 iPSC 衍生的血管類器官。

數據與事實

儘管無動物替代方案的開發取得了顯著進展，但它們在性能上仍然存在一些挑戰。例如，一些合成水凝膠的機械性能可能與 Matrigel 存在差異，這會影響細胞行為。此外，一些天然來源的無動物基質的成本可能較高，限制了它們的廣泛應用。

以下是一些具體的數據和事實：

  • 一項發表在 *Advanced Materials* 上的研究表明，RGD 修飾的 PEG 水凝膠可以支持人源 iPSC 衍生的血管類器官的形成，並且其血管網絡的密度和複雜性與在 Matrigel 中培養的血管類器官相當。
  • 另一項發表在 *Biomaterials* 上的研究發現，在 rhLAM 中培養的血管類器官，其血管生成能力與在 Matrigel 中培養的血管類器官相當，並且其基因表達譜更加接近體內血管的基因表達譜。
  • 一些研究表明，纖維素水凝膠可以有效地支持細胞的 3D 培養，但其機械性能需要進一步改善，以更好地模擬體內組織的微環境。

多樣化的意見與觀點

對於 Matrigel 的替代方案，研究人員的觀點不盡相同。一些研究人員認為，合成水凝膠具有成分明確、可控的優點，是 Matrigel 的理想替代品。另一些研究人員則認為，天然來源的無動物基質具有更好的生物相容性和生物活性，更適合用於培養複雜的類器官。還有一些研究人員認為，微載體可以實現高密度的細胞培養，是大規模生產類器官的有效方法。

結論與研判

總體而言，無動物替代方案的開發為人源 iPSC 衍生的血管類器官研究開闢了新的途徑。雖然目前還沒有一種替代方案能夠完全取代 Matrigel，但各種替代方案都顯示出良好的應用前景。隨著材料科學和生物工程技術的進步，我們可以預期，未來將會出現更多性能優異、成本低廉的無動物替代方案，從而推動血管類器官研究的發展，並最終促進再生醫學和藥物開發的進程。

目前，研究人員應根據具體的研究目的和需求，選擇最合適的替代方案。對於需要精確控制實驗條件的研究，合成水凝膠可能是一個更好的選擇。對於需要模擬體內組織微環境的研究，天然來源的無動物基質可能更適合。對於需要大規模生產類器官的研究，微載體可能是一個有效的解決方案。

未來的研究方向應該集中在以下幾個方面：

  • 開發更多性能優異、成本低廉的無動物替代方案。
  • 深入研究不同替代方案對細胞行為和類器官形成的影響。
  • 開發標準化的評估方法，以比較不同替代方案的性能。
  • 將無動物替代方案應用於更複雜的類器官模型，以更好地模擬體內組織的結構和功能。

通過不斷的努力，我們可以期待，無動物替代方案將在人源 iPSC 衍生的血管類器官研究中發揮越來越重要的作用，並最終取代 Matrigel，成為新的黃金標準。

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原始資料來源: GO-AI-6號機 Date: October 15, 2025