เซลล์ MC3T3-E1 — แบบจำลองเซลล์ก่อนเป็นออสทีโอบลาสต์มาตรฐานทองคำสำหรับการวิจัยชีววิทยาของกระดูก

บทนำ

เซลล์ MC3T3-E1, ซึ่งยังเป็นที่รู้จักด้วยชื่ออื่น ๆ เช่น Mc3T3-E1, MC3T3E1, MC-3T3-E1 และ MC 3T3-E1 (Cellosaurus accession CVCL_0409), เป็นหนึ่งในสายเซลล์พรีโอสเตโอบลาสต์ที่ได้รับการใช้อย่างแพร่หลายที่สุดในชีววิทยาของกระดูกสมัยใหม่ เซลล์เหล่านี้ถูกสร้างขึ้นจากกระดูกศีรษะของหนูทารกโดย Kodama และคณะในปี 1981 และได้รับการศึกษาเพิ่มเติมโดย Sudo และคณะในปี 1983 เซลล์ที่กลายเป็นเซลล์อมตะโดยธรรมชาติเหล่านี้ถูกคัดเลือกเนื่องจากมีกิจกรรมของเอนไซม์ฟอสฟาเทสอัลคาไลน์ (ALP) ที่สูงในสภาพเซลล์ที่รวมตัวกันเต็มที่ [1] ความสามารถของเซลล์เหล่านี้ในการพัฒนาผ่านขั้นตอนการเพิ่มจำนวนและการเปลี่ยนแปลงรูปแบบที่ชัดเจน — จนในที่สุดก่อตัวเป็นแมทริกซ์กระดูกที่มีแร่ธาตุในหลอดทดลอง — ได้ทำให้เซลล์เหล่านี้กลายเป็นเครื่องมือที่ขาดไม่ได้ในการศึกษาการสร้างกระดูก (osteogenesis) การปรับโครงสร้างกระดูก (bone remodeling) และผลกระทบของสารเภสัชวิทยา วัสดุชีวภาพ และการรบกวนทางพันธุกรรมต่อหน้าที่ของเซลล์สร้างกระดูก (osteoblast) ปัจจุบัน เซลล์ MC3T3-E1 มีบทบาทสำคัญในการวิจัยที่ครอบคลุมโรคกระดูกพรุน วิทยาศาสตร์การฝังรากเทียม วิศวกรรมเนื้อเยื่อ และชีววิทยาอวกาศ

จุดสำคัญที่ควรจดจำ

• MC3T3-E1 เป็นสายเซลล์พรีโอสเตโอบลาสต์ของหนูที่ถูกทำให้เป็นเซลล์อมตะโดยธรรมชาติ ซึ่งได้มาจากกระโหลกศีรษะของหนูที่เพิ่งเกิด
• เซลล์เหล่านี้ผ่านขั้นตอนการเพิ่มจำนวนและการแยกตัวที่แตกต่างกัน จนกระทั่งเกิดการก่อตัวของแมทริกซ์ที่มีการแร่ธาตุในหลอดทดลอง
• ระดับกิจกรรม ALP ที่สูงและการแสดงออกของตัวบ่งชี้เซลล์สร้างกระดูก (RUNX2, OCN, OPN, Col1A1) ทำให้เซลล์เหล่านี้เป็นแบบจำลองการสร้างกระดูกที่น่าเชื่อถือ
• ได้สร้างสายพันธุ์ย่อยหลายสายที่มีศักยภาพในการแยกตัวและสร้างแร่ที่แตกต่างกันจากสายพันธุ์ต้นแบบ
• เซลล์ MC3T3-E1 ถูกใช้อย่างแพร่หลายในการทดสอบวัสดุชีวภาพ การค้นพบยา การวิจัยโรคกระดูกพรุน และวิศวกรรมเนื้อเยื่อกระดูก
• ควรตรวจสอบความถูกต้องของสายเซลล์อย่างสม่ำเสมอโดยใช้การวิเคราะห์ STR หรือ SNP เพื่อป้องกันการระบุผิดและการปนเปื้อนข้าม [2]

MC3T3-E1 คืออะไร?

MC3T3-E1 เป็นสายเซลล์พรีโอสเตโอบลาสต์แบบโคลน ที่กลายเป็นเซลล์อมตะโดยธรรมชาติ มีต้นกำเนิดจากหนู และได้รับการจัดหมายเลข Cellosaurus CVCL_0409 สายเซลล์นี้ถูกสกัดจากเนื้อเยื่อกระดูกกะโหลกของหนูทารก (อายุน้อยกว่าหนึ่งวัน) ที่ไม่ระบุเพศ สัตว์ผู้บริจาคไม่มีความเกี่ยวข้องกับโรคใด ๆ สายเซลล์นี้ได้รับการคัดเลือกบนพื้นฐานของกิจกรรม ALP ที่สูงในสภาพเซลล์ที่รวมตัวกันแน่น ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่บ่งชี้ถึงศักยภาพที่แข็งแกร่งในการสร้างกระดูกในหลอดทดลอง ในระยะการเจริญเติบโต เซลล์ MC3T3-E1 แสดงลักษณะทางสัณฐานวิทยาแบบไฟโบรบลาสต์ และก่อตัวเป็นวัฒนธรรมหลายชั้น เมื่อได้รับการกระตุ้น เซลล์เหล่านี้จะแยกตัวเป็นเซลล์สร้างกระดูก (osteoblasts) ผลิตเมทริกซ์นอกเซลล์ที่มีคอลลาเจน และในที่สุดก่อให้เกิดก้อนแร่ที่มีเซลล์คล้ายเซลล์กระดูกฝังอยู่ในเมทริกซ์กระดูก [1] ภายใต้เงื่อนไขการเพาะเลี้ยงมาตรฐาน เวลาที่เซลล์เพิ่มจำนวนเป็นสองเท่าอยู่ระหว่าง 24 ถึง 48 ชั่วโมง

การวิเคราะห์ด้วย SNP array ได้ยืนยันว่าเซลล์ MC3T3-E1 มีต้นกำเนิดจากสายพันธุ์ C57BL/6 และได้ถูกนำมาใช้เพื่อระบุความเปลี่ยนแปลงในแบบโครโมโซมที่เกี่ยวข้องกับการเพาะเลี้ยงเซลล์ในระยะเวลานาน [3] สายเซลล์นี้แสดงตัวบ่งชี้หลักของเซลล์สร้างกระดูก (osteoblast) รวมถึง RUNX2, โปรตีนไซอาโลโปรตีนในกระดูก, ออสเทโอแคลซิน และออสเทโอพอนติน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในซับโคลนที่กำลังเกิดการแร่ธาตุ [4] ชุดของซับโคลนอนุพันธ์ — รวมถึง MC3T3-E1 Subclone 14 เซลล์และ Subclone 4 — ได้ถูกแยกออกมาจากสายพันธุ์ต้น และแสดงศักยภาพในการแยกตัวและสร้างแร่ในระดับที่แตกต่างกัน ทั้งในหลอดทดลองและในร่างกายสัตว์ทดลอง

ข้อมูลการเพาะเลี้ยงเซลล์

MC3T3-E1 – ความหนาแน่นสูง

ข้อดีของเซลล์ MC3T3-E1

เซลล์ MC3T3-E1 เป็นแบบจำลองที่ชัดเจนและสามารถทำซ้ำได้ของกระบวนการพัฒนาของเซลล์สร้างกระดูกทั้งหมด ซึ่งต่างจากเซลล์สร้างกระดูกจากกะโหลกศีรษะแบบปฐมภูมิที่มีความหลากหลายและยากต่อการรักษาให้คงอยู่ เซลล์ MC3T3-E1 มีต้นกำเนิดจากโคลนเดียว และสามารถขยายจำนวนได้อย่างสม่ำเสมอในทุกห้องปฏิบัติการ ความสามารถของเซลล์เหล่านี้ในการพัฒนาจากเซลล์พรีโอสเตโอบลาสต์ที่แบ่งตัว ไปสู่เซลล์โอสเตโอบลาสต์ที่สร้างเมทริกซ์ และสุดท้ายกลายเป็นก้อนแร่ที่ฝังตัวอยู่ในเซลล์โอสเตโอไซต์ ทำให้เซลล์เหล่านี้เหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับการศึกษาการเปลี่ยนแปลงตามเวลาของกระบวนการสร้างกระดูก งานวิจัยสำคัญของ Yohay และคณะ ได้กำหนดขั้นตอนการเพิ่มจำนวนและการแยกตัวที่แตกต่างกันของเซลล์ MC3T3-E1 ในการเพาะเลี้ยง ซึ่งทำให้เซลล์เหล่านี้ได้รับการยอมรับเป็นแบบจำลองเชิงปริมาณในหลอดทดลองสำหรับการพัฒนาของเซลล์สร้างกระดูก [5] การวิจัยดังกล่าวได้แสดงให้เห็นว่าเซลล์ MC3T3-E1 ผ่านกระบวนการตามลำดับที่คาดการณ์ได้ ได้แก่ การหยุดการเจริญเติบโต การพัฒนาของแมทริกซ์ และการสร้างแร่ — ซึ่งเป็นขั้นตอนที่คล้ายคลึงกับกระบวนการพัฒนาของเซลล์สร้างกระดูกในร่างกายจริง

ข้อดีอีกประการคือมีซับโคลนที่ได้รับการศึกษาอย่างละเอียด ซึ่งช่วยเพิ่มความยืดหยุ่นในการทดลอง Wang และคณะ ได้แยกซับโคลนหลายชุดจากสายพันธุ์แม่ MC3T3-E1 ซึ่งแสดงให้เห็นว่าซับโคลนที่สร้างแร่ธาตุจะแสดงออกอย่างเฉพาะเจาะจงต่อโปรตีนไซอาโลโปรตีนของกระดูก ออสเทโอแคลซิน, และ mRNA ของตัวรับ PTH/PTHrP อย่างเลือกสรร ในขณะที่การแสดงออกของฟอสฟาเตสอัลคาไลน์ปรากฏในทั้งซับโคลนที่สร้างแร่และซับโคลนที่ไม่สร้างแร่ [4] ทรัพยากรนี้ช่วยให้นักวิจัยสามารถเลือกซับโคลนที่มีฟีโนไทป์ที่กำหนดไว้อย่างชัดเจนและเหมาะสมกับความต้องการในการทดลองของพวกเขา นอกจากนี้ เซลล์เหล่านี้ยังตอบสนองอย่างแข็งแกร่งต่อสิ่งกระตุ้นการสร้างกระดูกหลากหลายชนิด — รวมถึงกรดแอสคอร์บิก เบตา-กลีเซอโรฟอสเฟต BMP-2 เดกซาเมทาโซน และโมเลกุลขนาดเล็กจำนวนมาก — ทำให้เซลล์เหล่านี้เป็นตัวเลือกที่เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการศึกษาด้านเภสัชวิทยาและกลไกการทำงาน

เซลล์ MC3T3-E1 ยังมีความเหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับการปรับแต่งระดับโมเลกุล เซลล์เหล่านี้ทนต่อการทรานส์เฟกชัน การทรานสดักชันด้วยไวรัส และการแก้ไขยีนด้วย CRISPR ได้ดี และแสดงออกทางสัญญาณภายใน (Wnt/β-catenin, BMP/SMAD, PI3K/AKT) ที่เกี่ยวข้องโดยตรงกับพยาธิสรีรวิทยาของกระดูก เนื่องจากเซลล์เหล่านี้มีต้นกำเนิดจากหนู จึงสามารถบูรณาการกับแบบจำลองในร่างกายจริงของโรคกระดูกพรุนและการสมานกระดูกหักในหนูได้ ซึ่งช่วยเสริมสร้างคุณค่าในการประยุกต์ใช้ผลการวิจัยที่ได้จากห้องปฏิบัติการ

ข้อจำกัดของเซลล์ MC3T3-E1

แม้จะถูกใช้อย่างแพร่หลาย แต่เซลล์ MC3T3-E1 ก็มีข้อควรระวังสำคัญ เนื่องจากเป็นสายเซลล์ที่กลายเป็นเซลล์อมตะโดยธรรมชาติ จึงอาจเกิดความผิดปกติทางโครโมโซมได้เมื่อผ่านกระบวนการเพาะเลี้ยงหลายครั้ง การวิเคราะห์ด้วย SNP array ได้แสดงให้เห็นถึงภาวะแอนูพลอยดีที่แพร่หลายในวัฒนธรรมเซลล์ MC3T3-E1 และความเปลี่ยนแปลงทั่วทั้งจีโนมอาจส่งผลต่อความสามารถในการทำซ้ำของผลการทดสอบการแยกตัวของเซลล์เมื่อผ่านกระบวนการเพาะเลี้ยงหลายครั้ง [3] สายพันธุ์ต้นแบบอาจสูญเสียความสามารถในการสร้างแร่ธาตุได้โดยธรรมชาติ ดังที่ Baba ได้แสดงให้เห็น โดยเขาได้แยกซับโคลนที่ไม่สร้างแร่ธาตุ (MC3T3-NM4) ออกมาจากประชากร MC3T3-E1 ต้นแบบ — ผลการค้นพบนี้เน้นย้ำถึงความจำเป็นในการติดตามตรวจสอบความสามารถในการเปลี่ยนแปลงรูปแบบอย่างระมัดระวังตลอดกระบวนการเพาะเลี้ยงเซลล์ [6]

ประสิทธิภาพการสร้างกระดูกที่แตกต่างกันของซับโคลน MC3T3-E1 ที่มีจำหน่ายในท้องตลาด เป็นแหล่งความแปรปรวนเพิ่มเติมในผลการทดลอง การวิจัยได้แสดงให้เห็นว่าซับโคลนต่าง ๆ (เช่น ซับโคลน 4 เทียบกับซับโคลน 14) มีพลวัตการแร่ธาตุและโปรไฟล์การแสดงออกของยีนมาร์กเกอร์ที่แตกต่างกันอย่างชัดเจน ดังนั้นการเปรียบเทียบผลลัพธ์โดยตรงระหว่างห้องปฏิบัติการที่ใช้ซับโคลนต่างกันจึงต้องดำเนินการด้วยความระมัดระวัง องค์ประกอบของสื่อเพาะเลี้ยงยังมีอิทธิพลอย่างมีนัยสำคัญต่อผลลัพธ์การสร้างกระดูก: การศึกษาที่ประเมินเซลล์ MC3T3-E1 ในสื่อเพาะเลี้ยงต่าง ๆ ได้รายงานความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญในกิจกรรม ALP การสะสมคอลลาเจน และการสร้างแคลเซียม — ซึ่งเน้นย้ำถึงความสำคัญของการมาตรฐานสื่อเพาะเลี้ยงในการออกแบบการทดลอง

สุดท้ายนี้ เซลล์ MC3T3-E1 มีต้นกำเนิดจากหนู ซึ่งทำให้ความเกี่ยวข้องโดยตรงในการแปลผลเพื่อคาดการณ์การตอบสนองของเซลล์สร้างกระดูกในมนุษย์ถูกจำกัด ความแตกต่างตามชนิดสัตว์ในด้านเภสัชวิทยาของตัวรับ สัญญาณไซโตไคน์ และการควบคุมยีน หมายความว่าผลการวิจัยควรได้รับการยืนยันในระบบเซลล์สร้างกระดูกของมนุษย์ก่อนที่จะนำไปประยุกต์ใช้ทางคลินิก แนะนำอย่างยิ่งให้ดำเนินการตรวจสอบความถูกต้องของสายเซลล์อย่างสม่ำเสมอ โดยใช้การวิเคราะห์โปรไฟล์ STR หรือวิธีการที่อิงตามการหาลำดับดีเอ็นเอรุ่นใหม่ เพื่อป้องกันการปนเปื้อนข้ามก่อนเริ่มการทดลอง [2]

การใช้งาน

การจำลองการแยกตัวของเซลล์สร้างกระดูกและการสร้างกระดูก

การประยุกต์ใช้ที่สำคัญที่สุดของเซลล์ MC3T3-E1 คือในฐานะแบบจำลองเชิงปริมาณของการเปลี่ยนแปลงของเซลล์สร้างกระดูก การศึกษาสำคัญของ Yohay และคณะ ได้กำหนดลักษณะของขั้นตอนการเพิ่มจำนวนและการแยกตัวที่แตกต่างกันของเซลล์ MC3T3-E1 จากหนูในวัฒนธรรมเซลล์ ซึ่งให้กรอบเวลาเพื่อเข้าใจว่าเซลล์ก่อนออสทีโอบลาสต์เหล่านี้เปลี่ยนผ่านจากขั้นตอนการเติบโต การพัฒนาของเมทริกซ์ และการสร้างแร่ธาตุได้อย่างไร [5] งานวิจัยดังกล่าวได้กำหนดให้สายเซลล์นี้เป็นแบบจำลองในหลอดทดลองที่เหมาะสมสำหรับการสร้างกระดูก และกำหนดเกณฑ์มาตรฐานการทดลอง — เช่น กิจกรรม ALP การสะสมเมทริกซ์คอลลาเจน และการแร่ธาตุของนอดูล — ซึ่งยังคงถูกใช้อย่างแพร่หลายจนถึงปัจจุบัน ความชัดเจนของขั้นตอนการพัฒนาเหล่านี้ได้ทำให้ MC3T3-E1 กลายเป็นมาตรฐานอ้างอิงที่ใช้ในการประเมินโปรโตคอลการสร้างกระดูกและสื่อการแยกตัวใหม่

การศึกษาเกี่ยวกับเส้นทางสัญญาณได้ใช้เซลล์ MC3T3-E1 เพื่อวิเคราะห์กลไกโมเลกุลของกระบวนการสร้างกระดูก Wang et al. ได้แสดงให้เห็นว่า apelin-13 กระตุ้นเส้นทาง BMP4/SMAD1/5/8 ผ่านตัวรับ APJ ของมัน, ซึ่งเพิ่มการแสดงออกของตัวบ่งชี้การสร้างกระดูก เช่น ALP, osteocalcin, osteopontin และ Col1A1 รวมถึงเพิ่มการแสดงออกของ RUNX2 ทั้งในระดับ mRNA และระดับโปรตีนในเซลล์ MC3T3-E1 [7] การควบคุมการแยกตัวของเซลล์โดยไมโครอาร์เอ็นเอ (microRNA) ก็ได้รับการศึกษาเช่นกัน: Zhai et al. แสดงให้เห็นว่าแกน miR-211-5p/FOXO3 ส่งเสริมการแยกตัวเป็นเซลล์สร้างกระดูกของเซลล์ MC3T3-E1 และเซลล์ต้นกำเนิดจากไขกระดูก (BMSCs) โดยการกระตุ้นเส้นทาง Wnt/β-catenin ซึ่งมีความสำคัญต่อการรักษาการแตกหักจากโรคกระดูกพรุน [8] การวิจัยเกี่ยวกับแรงเฉือนของของเหลวโดยใช้เซลล์ MC3T3-E1 ยังเปิดเผยเพิ่มเติมว่า ออโตฟาจีที่ควบคุมโดย AnnexinA6 ควบคุมการแยกตัวเป็นเซลล์สร้างกระดูกที่ถูกกระตุ้นทางกล ซึ่งผลการค้นพบนี้มีความสำคัญต่อการเข้าใจสรีรวิทยาของกระดูกที่รับน้ำหนัก [9]

เซลล์ MC3T3-E1 ได้ถูกนำมาใช้เพื่อสร้างสเฟอรอยด์สามมิติ ซึ่งสามารถจำลองสภาพแวดล้อมไมโครของเซลล์สร้างกระดูกในร่างกายได้ดีขึ้น Wen และคณะ ได้สร้างสเฟโรอยด์ MC3T3-E1 แบบธรรมชาติโดยใช้ระบบการเพาะเลี้ยงที่มีความยึดเกาะต่ำ และแสดงให้เห็นว่ากิจกรรม ALP และการแสดงออกของยีนสร้างกระดูกเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญเมื่อเทียบกับการเพาะเลี้ยงแบบชั้นเดียว [10] สเฟอรอยด์เหล่านี้ช่วยส่งเสริมการฟื้นฟูกระดูกอัลเวออลาร์และยับยั้งการอักเสบในแบบจำลองการปลูกถ่ายฟันแบบออโตทรานสแพลนต์ในหนู ซึ่งเน้นย้ำถึงคุณค่าของระบบการเพาะเลี้ยงเซลล์ MC3T3-E1 แบบสามมิติสำหรับการประยุกต์ใช้ในวิศวกรรมเนื้อเยื่อ

การวิจัยโรคกระดูกพรุนและการค้นพบยา

เซลล์ MC3T3-E1 ทำหน้าที่เป็นแพลตฟอร์มหลักในหลอดทดลองสำหรับการประเมินสารรักษาที่เป็นผู้สมัครในการรักษาโรคกระดูกพรุน ควอร์เซทิน (Quercetin) ซึ่งเป็นฟลาโวนอยด์ที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ ได้แสดงให้เห็นว่าสามารถลดความผิดปกติของการทำงานของเซลล์สร้างกระดูก (osteoblast) ในหนูที่เป็นโรคกระดูกพรุน โดยการควบคุมกระบวนการเฟอร์โรพโทซิส (ferroptosis) ผ่านทางสัญญาณ Nrf2/SLC7A11/GPX4; การตรวจสอบในหลอดทดลองโดยใช้เซลล์ MC3T3-E1 ได้ยืนยันบทบาทของทางสัญญาณนี้ต่อการอยู่รอดและการทำงานของเซลล์สร้างกระดูก [11] ในทำนองเดียวกัน สารสกัดโปรตีนจากกิ่งกวางพิโลส (PAE) ช่วยส่งเสริมความมีชีวิต การเพิ่มจำนวน และการเปลี่ยนแปลงเป็นเซลล์สร้างกระดูกของเซลล์ MC3T3-E1 พร้อมทั้งกระตุ้นเส้นทางสัญญาณ Wnt/β-catenin ซึ่งสะท้อนถึงผลประโยชน์ของมันต่อโครงสร้างจุลภาคของกระดูก trabecular ในหนูที่ถูกตัดรังไข่ [12]

โพลีแซคคาไรด์จากพืชสมุนไพรดั้งเดิมยังได้รับการประเมินโดยใช้เซลล์ MC3T3-E1 เป็นส่วนประกอบในหลอดทดลองของการวิจัยต้านโรคกระดูกพรุนที่กว้างขึ้น Yang et al. ได้วิเคราะห์ลักษณะของโพลีแซคคาไรด์จาก Psoralea corylifolia สองชนิด และแสดงให้เห็นถึงความสามารถในการกระตุ้นกิจกรรมสร้างกระดูกในเซลล์ MC3T3-E1 ซึ่งสอดคล้องกับผลการวิจัยในสัตว์ทดลอง (in vivo) ที่พบความหนาแน่นของแร่ธาตุในกระดูกเพิ่มขึ้นในหนูที่เป็นโรคกระดูกพรุนจากการใช้กลูโคคอร์ติคอยด์ [13] พบว่าอนุภาคนาโนเคอร์คูมินที่ผสมกับนาร์ลูโมสบาร์ตช่วยเพิ่มการแยกตัวของเซลล์สร้างกระดูก (osteoblast) ในเซลล์ MC3T3-E1 อย่างมีผลเสริมกันผ่านทางสัญญาณ Wnt/β-catenin ซึ่งเสนอแนวทางกลยุทธ์การใช้อนุภาคนาโนแบบผสมผสานสำหรับการซ่อมแซมความเสียหายของกระดูก [14]

โรคกระดูกอักเสบ (Osteomyelitis) ซึ่งเป็นโรคติดเชื้อกระดูกที่รุนแรง ได้ถูกศึกษาโดยใช้เซลล์ MC3T3-E1 ที่ได้รับการรักษาด้วยโปรตีน A ของเชื้อสแตฟิโลค็อกคัส (SPA) เป็นแบบจำลองการติดเชื้อในหลอดทดลอง Chen และคณะ ได้ใช้การสุ่มแบบเมนเดเลียนร่วมกับทดลองในหลอดทดลองเหล่านี้ เพื่อแสดงให้เห็นว่า เมตาโบไลต์ที่ไหลเวียนในเลือดอย่าง p-cresol sulfate ทำให้การเพิ่มจำนวนและการแยกตัวเป็นเซลล์สร้างกระดูกของเซลล์ MC3T3-E1 ลดลง ซึ่งให้ข้อมูลเชิงกลไกใหม่เกี่ยวกับปัจจัยเมตาบอลิกที่ขับเคลื่อนการเกิดโรคกระดูกอักเสบ [15] การยับยั้งเฟอร์โรพโทซิสโดยใช้เฟอร์โรสแตติน-1 ก็ได้รับการศึกษาในเซลล์ MC3T3-E1 เช่นกัน โดยผลการวิจัยชี้ให้เห็นว่าการยับยั้งการตายของเซลล์แบบเฟอร์โรพโทซิสช่วยเพิ่มความสามารถในการอยู่รอดของเซลล์สร้างกระดูก (osteoblast) และกิจกรรมสร้างกระดูก

วัสดุชีวภาพ วิทยาศาสตร์การฝังตัว และวิศวกรรมเนื้อเยื่อกระดูก

เซลล์ MC3T3-E1 เป็นมาตรฐานอ้างอิงสำหรับการประเมินความเข้ากันได้ทางชีวภาพและศักยภาพในการเหนี่ยวนำการสร้างกระดูกของวัสดุชีวภาพชนิดใหม่ Liu และคณะได้พัฒนาโครงร่างไฮดรอกซีอะพาไทต์คาร์บอเนตที่พิมพ์ 3 มิติและเจือเทอร์บิอัม (Tb-CHA) ที่ถูกเติมเทอร์บิอัม และใช้เซลล์ MC3T3-E1 เพื่อแสดงให้เห็นว่าวัสดุนี้ช่วยเพิ่มการเพิ่มจำนวนและการแยกตัวของเซลล์อย่างมีนัยสำคัญในหลอดทดลอง (in vitro) โดยมีการยืนยันผลในสัตว์ทดลอง (in vivo) ในแบบจำลองความบกพร่องของกะโหลกศีรษะหนู ซึ่งยืนยันความสามารถในการสร้างกระดูก (osteogenic) และการสร้างหลอดเลือด (angiogenic) ของวัสดุนี้ [16] ความสามารถในการเชื่อมโยงการตอบสนองของเซลล์ MC3T3-E1 ในหลอดทดลองกับผลลัพธ์การสร้างกระดูกในร่างกาย ทำให้สายเซลล์นี้มีความสำคัญอย่างยิ่งในการออกแบบวัสดุทดแทนกระดูกแบบวนซ้ำ

การออกแบบพื้นผิวของอุปกรณ์ฝังไทเทเนียมได้พึ่งพาเซลล์ MC3T3-E1 เป็นอย่างมากในการวัดศักยภาพการผสานกับกระดูก Liao และ Li ได้ผลิตชั้นเคลือบผสมจาก epigallocatechin-3-gallate (EGCG), ไฮดรอกซีอะพาไทต์ (HAP) และอนุภาคนาโนเงิน (AgNPs) บนพื้นผิวไทเทเนียม และแสดงให้เห็นว่าชั้นเคลือบ EGCG/HAP/AgNPs นี้ช่วยปรับปรุงกิจกรรมต้านเชื้อแบคทีเรียและส่งเสริมการยึดติด การเพิ่มจำนวน และการเปลี่ยนแปลงเป็นเซลล์สร้างกระดูกของเซลล์ MC3T3-E1 ได้พร้อมกัน [17] ผลวิจัยเหล่านี้แสดงให้เห็นว่าเซลล์ MC3T3-E1 ช่วยปรับปรุงชั้นเคลือบของอุปกรณ์ฝังในร่างกายให้เหมาะสม ซึ่งต้องรักษาสมดุลระหว่างประสิทธิภาพต้านเชื้อจุลินทรีย์กับความเข้ากันได้กับเซลล์ของร่างกาย

อนุภาคนาโนออกไซด์สังกะสี (ZnO-NPs) เป็นอีกประเภทหนึ่งของวัสดุชีวการแพทย์ที่ได้รับการประเมินในเซลล์ MC3T3-E1 Ryu และคณะ ได้ประเมินอย่างเป็นระบบถึงผลกระทบที่ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของสารสกัด ZnO-NP ต่อความเข้ากันได้กับเซลล์และกิจกรรมการสร้างกระดูก โดยพบว่าความเข้มข้นต่ำช่วยส่งเสริมการตอบสนองของเซลล์สร้างกระดูก ในขณะที่ความเข้มข้นสูงมีฤทธิ์เป็นพิษต่อเซลล์ [18] การวิเคราะห์ลักษณะที่ขึ้นอยู่กับปริมาณนี้เน้นย้ำถึงความสำคัญของการใช้การทดสอบ MC3T3-E1 ที่มาตรฐานเมื่อกำหนดช่วงความปลอดภัยและประสิทธิภาพของกลยุทธ์การซ่อมแซมกระดูกที่ใช้วัสดุนาโน เทคโนโลยีพลาสมาบรรยากาศเย็น (CAP) ก็ได้รับการประเมินในลักษณะเดียวกันเกี่ยวกับความสามารถในการกระตุ้นการแยกตัวเป็นเซลล์สร้างกระดูกของ MC3T3-E1 ในลักษณะที่ขึ้นอยู่กับเวลา ซึ่งเปิดโอกาสให้มีการประยุกต์ใช้ในกระบวนการฟื้นฟูกระดูกอัลเวออลาร์ [19]

แรงโน้มถ่วงต่ำและชีวกลศาสตร์

เซลล์ MC3T3-E1 ได้ให้ข้อมูลพื้นฐานสำคัญเกี่ยวกับวิธีที่การลดแรงกลและแรงโน้มถ่วงส่งผลต่อชีววิทยาของเซลล์สร้างกระดูก Hughes-Fulford และ Lewis ได้ส่งเซลล์สร้างกระดูก MC3T3-E1 ขึ้นสู่อวกาศในภารกิจ STS-56 ของยานอวกาศ Space Shuttle และแสดงให้เห็นว่าเซลล์ที่ถูกกระตุ้นในสภาวะแรงโน้มถ่วงต่ำมีการเจริญเติบโตที่บกพร่อง แม้จะได้รับการกระตุ้นจากซีรั่มตามปกติ โดยมีการจัดเรียงโครงสร้างไซโตสเกเลตันที่เปลี่ยนแปลงไป และการสังเคราะห์พรอสตาแกลนดินที่ลดลง เมื่อเทียบกับกลุ่มควบคุมบนพื้นดิน [20] ผลการวิจัยเหล่านี้ได้ให้พื้นฐานกลไกระดับเซลล์สำหรับความสูญเสียความหนาแน่นของแร่ในกระดูกที่ได้รับการบันทึกไว้อย่างชัดเจน ซึ่งนักบินอวกาศประสบพบเจอระหว่างการบินอวกาศระยะยาว

งานวิจัยต่อมาของ Hughes-Fulford ได้ขยายการสังเกตเหล่านี้ไปยังการแสดงออกของยีนและการถ่ายทอดสัญญาณ โดยแสดงให้เห็นว่าสภาวะแรงโน้มถ่วงต่ำเปลี่ยนแปลงโปรแกรมการถอดรหัสของเซลล์สร้างกระดูก MC3T3-E1 ในลักษณะที่ช่วยอธิบายการลดลงของการสร้างกระดูกเมื่อไม่มีแรงโน้มถ่วง [21] โดยรวมแล้ว การศึกษาชีววิทยาในอวกาศเหล่านี้ได้กำหนดให้เซลล์ MC3T3-E1 เป็นแบบจำลองหลักในหลอดทดลอง (in vitro) สำหรับการวิจัยผลกระทบระดับเซลล์ของสภาวะแรงโน้มถ่วงต่ำต่อโครงกระดูก ซึ่งมีความเกี่ยวข้องโดยตรงกับการพัฒนามาตรการป้องกันการสูญเสียมวลกระดูกในด้านการแพทย์อวกาศ

บนโลก การศึกษาด้านชีวกลศาสตร์ได้ใช้ระบบ MC3T3-E1 เพื่อทำความเข้าใจว่าแรงเฉือนของของเหลว — ซึ่งเป็นตัวแทนของการไหลระหว่างช่องว่างในเครือข่ายช่องว่างและท่อของกระดูก — ควบคุมการแยกตัวของเซลล์สร้างกระดูกอย่างไร การวิจัยได้แสดงให้เห็นว่ากระบวนการออโตฟาจี (autophagy) ที่ถูกควบคุมโดย AnnexinA6 เชื่อมโยงการกระตุ้นทางกลไกกับการแสดงออกของยีนสร้างกระดูกในเซลล์ MC3T3-E1 ซึ่งให้รายละเอียดระดับโมเลกุลเกี่ยวกับวิธีที่เซลล์กระดูกรับรู้และตอบสนองต่อแรงทางกายภาพ [9] การประยุกต์ใช้ด้านชีวกลศาสตร์เหล่านี้ทำให้เซลล์ MC3T3-E1 อยู่ในจุดเชื่อมต่อระหว่างชีวฟิสิกส์และเวชศาสตร์ฟื้นฟู

การฟื้นฟูกระดูกปริทันต์และกระดูกอัลเวออลาร์

การสูญเสียกระดูกที่เกี่ยวข้องกับโรคปริทันต์เป็นความท้าทายทางคลินิกที่สำคัญ และเซลล์ MC3T3-E1 ได้กลายเป็นเครื่องมือสำคัญในหลอดทดลองสำหรับการทดสอบกลยุทธ์การฟื้นฟูปริทันต์ Kong และคณะ ได้พัฒนาวัสดุนาโนคาร์บอนดอทแบบมัลติฟังก์ชัน (ASA-ALN-CDs) ที่สกัดจากแอสไพรินและโซเดียมอาเลนโดรเนต ซึ่งแสดงฤทธิ์ต้านไบโอฟิล์มที่ทรงพลังต่อเชื้อโรคปริทันต์ และส่งเสริมการแยกตัวเป็นเซลล์สร้างกระดูกของ MC3T3-E1 ในสภาวะการอักเสบ [22] ในแบบจำลองโรคปริทันต์อักเสบของหนู วัสดุนี้ช่วยลดการสูญเสียกระดูกอัลเวออลาร์และอาการอักเสบได้โดยการยับยั้งเส้นทางสัญญาณ HIF-1α โดยข้อมูลในหลอดทดลองของเซลล์ MC3T3-E1 ให้หลักฐานเชิงกลไกโดยตรงที่สนับสนุนผลที่สังเกตได้ในร่างกายจริง

การศึกษาเกี่ยวกับพลาสมาบรรยากาศเย็น (CAP) มุ่งเน้นเฉพาะการสร้างกระดูกอัลเวออลาร์ใหม่ โดยการนำเซลล์ MC3T3-E1 ไปสัมผัสกับแหล่ง CAP เฮลิียมที่ปรับแต่งเฉพาะ Negrescu et al. ได้แสดงให้เห็นว่าการรักษาด้วย CAP ปรับเปลี่ยนการอยู่รอดของเซลล์และการเปลี่ยนแปลงเป็นเซลล์สร้างกระดูกในลักษณะที่ขึ้นอยู่กับเวลา ซึ่งประเมินผ่านการทดสอบเซลล์มีชีวิต/ตาย การทดสอบความมีชีวิตด้วย CCK-8 การวัดกิจกรรม ALP และการวิเคราะห์ลักษณะทางสัณฐานวิทยา [19] ผลลัพธ์เหล่านี้ทำให้ CAP กลายเป็นตัวเลือกการรักษาเสริมทางกายภาพสำหรับความบกพร่องของกระดูกอัลเวออลาร์ โดยเซลล์ MC3T3-E1 ให้ข้อมูลการแยกตัวเชิงปริมาณที่จำเป็นเพื่อปรับพารามิเตอร์การรักษาให้เหมาะสมที่สุด

วิธีการเพาะเลี้ยงเซลล์แบบสเฟอรอยด์สามมิติที่พัฒนาขึ้นด้วยเซลล์ MC3T3-E1 มีความเกี่ยวข้องโดยตรงกับเวชศาสตร์ฟื้นฟูทางทันตกรรม ระบบโครงร่างคอลลาเจนแบบสเฟอรอยด์ที่ Wen et al. ได้ประเมินในแบบจำลองการปลูกถ่ายฟันตนเอง ได้ผลลัพธ์การฟื้นฟูกระดูกอัลเวออลาร์และการแสดงออกของยีนต้านการอักเสบที่ดีกว่าเมื่อเทียบกับกลุ่มควบคุมเซลล์ชั้นเดียว ซึ่งชี้ให้เห็นว่ากิจกรรมพาราครีนที่เพิ่มขึ้นของสเฟอรอยด์ MC3T3-E1 อาจนำไปสู่ประโยชน์ทางคลินิกที่มีความหมายในการรักษาแผลรากฟัน [10]

สรุป

เซลล์ MC3T3-E1 ยังคงเป็นแบบจำลองที่ขาดไม่ได้และได้รับการตรวจสอบอย่างกว้างขวางสำหรับการวิจัยด้านชีววิทยาของกระดูก ตั้งแต่การกำหนดลักษณะเดิมว่าเป็นสายเซลล์โคลนของพรีโอสเตอบลาสต์ที่มีความสามารถในการสร้างแร่ธาตุในหลอดทดลอง จนถึงการใช้งานในปัจจุบันในสาขาที่ทันสมัยที่สุด เช่น การพิมพ์ชีวภาพ 3 มิติ การส่งยาด้วยอนุภาคนาโน การฟื้นฟูเนื้อเยื่อปริทันต์ และเวชศาสตร์อวกาศ เซลล์เหล่านี้ได้แสดงให้เห็นถึงความหลากหลายทางวิทยาศาสตร์ที่โดดเด่น ขั้นตอนการแยกตัวที่ชัดเจน การแสดงออกของมาร์เกอร์ที่มั่นคง และความตอบสนองต่อสิ่งกระตุ้นการสร้างกระดูกที่หลากหลาย ทำให้เซลล์สายนี้เป็นมาตรฐานในการประเมินวัสดุชีวภาพใหม่ การระบุเป้าหมายการรักษาในโรคกระดูกพรุนและโรคกระดูกอักเสบ รวมถึงการวิเคราะห์เส้นทางสัญญาณที่ควบคุมการสร้างกระดูก ไม่ว่าคุณจะกำลังศึกษาเรื่องเฟอโรพโทซิส (ferroptosis), ชีวกลศาสตร์ (mechanobiology), หรือชั้นเคลือบอุปกรณ์ฝังตัวรุ่นใหม่ เซลล์ MC3T3-E1 ก็ให้แพลตฟอร์มที่มีความสามารถในการทำซ้ำได้และมีความเกี่ยวข้องทางชีวภาพ ซึ่งตรงกับความต้องการของงานวิจัยของคุณ สำรวจข้อมูลจำเพาะทั้งหมดหรือสั่งซื้อเซลล์ MC3T3-E1 ได้โดยตรงที่ cytion.com

บทความสำคัญ

1. Sudo H, Kodama HA, Amagai Y (1983) การแยกตัวและการสร้างแคลเซียมในหลอดทดลองของสายเซลล์สร้างกระดูกแบบโคลนใหม่ที่สกัดจากกะโหลกศีรษะของหนูแรกเกิด. The Journal of Cell Biology. PMID: 6826647
2. Chen YH, Connelly JP, Florian C (2023) การวิเคราะห์โปรไฟล์ Short tandem repeat ผ่านการลำดับดีเอ็นเอรุ่นใหม่เพื่อยืนยันความถูกต้องของสายเซลล์. Disease Models & Mechanisms. PMID: 37712227
3. Didion JP, Buus RJ, Naghashfar Z (2014) การวิเคราะห์โปรไฟล์ SNP array ของสายเซลล์หนูช่วยระบุสายพันธุ์ต้นกำเนิด และเปิดเผยการปนเปื้อนข้ามสายพันธุ์ รวมถึงภาวะแอนูพลอยดีที่แพร่หลาย. BMC Genomics. PMID: 25277546
4. Wang D, Christensen K, Chawla K (1999) การแยกและวิเคราะห์ลักษณะของซับโคลนเซลล์พรีโอสเตโอบลาสต์ MC3T3-E1 ที่มีศักยภาพในการแยกตัวและสร้างแร่ธาตุที่แตกต่างกันทั้งในหลอดทดลองและในร่างกายจริง. Journal of Bone and Mineral Research. PMID: 10352097
5. Quarles LD, Yohay DA, Lever LW (1992) ขั้นตอนการเพิ่มจำนวนและการเปลี่ยนแปลงรูปแบบที่แตกต่างกันของเซลล์ MC3T3-E1 ของหนูในวัฒนธรรม: แบบจำลองในหลอดทดลองของการพัฒนาเซลล์สร้างกระดูก Journal of Bone and Mineral Research. PMID: 1414487
6. Baba TT (2000) การฟื้นฟูการสะสมแร่ธาตุโดยเดกซาเมทาโซนในเมทริกซ์ของเซลล์ออสทีโอบลาสต์ที่ไม่เกิดการแร่ธาตุ ซึ่งถูกซับโคลนจากเซลล์ MC3T3-E1. Calcified Tissue International. PMID: 11136541
7. Wang C, Li Z, Yang H (2026) Apelin-13 กระตุ้นเส้นทาง BMP4/SMAD ผ่าน APJ เพื่อเพิ่มการแยกตัวเป็นเซลล์สร้างกระดูกและการสะสมแร่ธาตุ Tissue & Cell. PMID: 42269418
8. Zhai H, Lin M, Lu C (2026) แกน miR-211-5p/FOXO3 เร่งการแยกตัวเป็นเซลล์สร้างกระดูกและการสมานกระดูกหัก โดยการควบคุมเส้นทาง Wnt/β-catenin. Journal of Orthopaedic Surgery and Research. PMID: 42219493
9. Pei T, Su G, Yang J (2026) การแก้ไข: แรงเฉือนของของเหลวควบคุมการแยกตัวเป็นเซลล์สร้างกระดูกผ่านกระบวนการออโตฟาจีที่สื่อโดย AnnexinA6 ในเซลล์ MC3T3-E1. International Journal of Molecular Sciences. PMID: 42196630
10. Wen Z, Li X, Yue L (2026) สเฟโรอยด์เซลล์ต้นกำเนิดเมเซนไคม์ที่ก่อตัวขึ้นเองช่วยเพิ่มการฟื้นฟูกระดูกอัลเวออลาร์และยับยั้งการอักเสบหลังการปลูกถ่ายฟันแบบออโตทรานส์แพลนต์. Regenerative Therapy. PMID: 42199333
11. Gong J, Ma Y, Huang J (2026) สารสกัดโปรตีนจากกิ่งกวาง Pilose ช่วยบรรเทาโรคกระดูกพรุน และเกี่ยวข้องกับการกระตุ้นเส้นทางสัญญาณ Wnt/β-Catenin. Pharmaceuticals (Basel, Switzerland). PMID: 42198339
12. He L, Zheng Y, Zeng Z (2026) ผลของควερเซตินต่อความผิดปกติของเซลล์สร้างกระดูกในหนูที่เป็นโรคกระดูกพรุน โดยการควบคุมการตายแบบเฟอร์โรพโทซิสที่ผ่านทางสัญญาณ Nrf2/SLC7A11/GPX4. Cytotechnology. PMID: 42238059
13. Yang J, Tang Z, Chen C (2026) การวิเคราะห์โครงสร้างและศักยภาพในการป้องกันโรคกระดูกพรุนทั้งในร่างกายและในห้องปฏิบัติการของโพลีแซคคาไรด์สองชนิดจาก Psoralea corylifolia L. Carbohydrate Polymers. PMID: 42173575
14. Zhang H, Zhao Y (2026) นาโนพาร์ติเคิลของเคอร์คูมินที่รวมกับนาร์ลูโมสบาร์ต ช่วยควบคุมเส้นทางสัญญาณ wingless-type MMTV integration site (wnt)/β-catenin ในเซลล์ที่คล้ายกับเซลล์สร้างกระดูก Pakistan Journal of Pharmaceutical Sciences. PMID: 42170973
15. Chen X, Mo R, Yang S (2026) ไซโตไคน์อักเสบและเส้นทางเมแทบอลิซึมในโรคกระดูกอักเสบ: ข้อมูลเชิงลึกจากการสุ่มแบบเมนเดเลียนและการตรวจสอบเชิงทดลอง. Advances in Clinical and Experimental Medicine. PMID: 42200571
16. Liu P, Shen J, Bian Y (2026) โครงสร้างไฮดรอกซีอะพาไทต์คาร์บอเนตที่พิมพ์ 3 มิติและเจือเทอร์บิอัมช่วยเพิ่มการฟื้นฟูกระดูก. Journal of Translational Medicine. PMID: 42260646
17. Liao J, Li Z (2026) ผลต้านเชื้อแบคทีเรียและผลส่งเสริมการสร้างกระดูกของชั้นเคลือบผสม EGCG/HAP/AgNPs บนพื้นผิวไทเทเนียม. Journal of Materials Science: Materials in Medicine. PMID: 42216990
18. Ryu JH, Mangal U, Kim JH (2026) ผลที่ขึ้นอยู่กับปริมาณของอนุภาคนาโนออกไซด์สังกะสีต่อปฏิกิริยาของเซลล์พรีโอสเตโอบลาสต์. Scientific Reports. PMID: 42303653
19. Negrescu AM, Zampieri L, Martines E (2026) การปรับเปลี่ยนเซลล์พรีโอสเตโอบลาสต์ MC3T3-E1 ตามเวลาด้วยพลาสมาเย็นฮีเลียม: การศึกษาเบื้องต้นเกี่ยวกับความเกี่ยวข้องที่อาจมีต่อการฟื้นฟูกระดูกอัลเวออลาร์ Biomedical Physics & Engineering Express. PMID: 42208566
20. Kong J, Li H, Guo X (2026) ประสิทธิภาพการรักษาของ ASA-ALN-CDs ในโรคปริทันต์: จากฤทธิ์ต้านฟิล์มแบคทีเรีย/ต้านการอักเสบ ไปจนถึงการฟื้นฟูกระดูกอัลเวออลาร์. ACS Biomaterials Science & Engineering. PMID: 42213513
21. Hughes-Fulford M, Lewis ML (1996) ผลกระทบของสภาวะแรงโน้มถ่วงต่ำต่อการกระตุ้นการเจริญเติบโตของเซลล์สร้างกระดูก. Experimental Cell Research. PMID: 8612673
22. Hughes-Fulford M (2001) การเปลี่ยนแปลงในการแสดงออกของยีนและการถ่ายทอดสัญญาณในสภาวะแรงโน้มถ่วงต่ำ. Journal of Gravitational Physiology. PMID: 12638602