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 และเพื่อนร่วมงานในปี 1981 และได้รับการศึกษาเพิ่มเติมโดย Sudo และเพื่อนร่วมงานในปี 1983 เซลล์ที่กลายเป็นเซลล์อมตะโดยธรรมชาติเหล่านี้ถูกคัดเลือกเนื่องจากมีกิจกรรมของเอนไซม์ฟอสฟาเทสอัลคาไลน์ (ALP) ที่สูงในสภาพเซลล์ที่รวมตัวกันเต็มที่ [1] ความสามารถของเซลล์เหล่านี้ในการพัฒนาผ่านขั้นตอนการเพิ่มจำนวนและการเปลี่ยนแปลงที่ชัดเจน — จนในที่สุดก่อตัวเป็นแมทริกซ์กระดูกที่มีแร่ธาตุในหลอดทดลอง — ได้ทำให้พวกมันกลายเป็นเครื่องมือที่ขาดไม่ได้ในการศึกษาการสร้างกระดูก การปรับโครงสร้างกระดูก และผลกระทบของสารทางเภสัชวิทยา วัสดุชีวภาพ และการรบกวนทางพันธุกรรมต่อหน้าที่ของเซลล์สร้างกระดูก ปัจจุบัน เซลล์ MC3T3-E1 มีบทบาทสำคัญในการวิจัยที่ครอบคลุมโรคกระดูกพรุน วิทยาศาสตร์การฝังรากเทียม วิศวกรรมเนื้อเยื่อ และชีววิทยาอวกาศ

จุดสำคัญที่ควรจดจำ

• MC3T3-E1 เป็นสายเซลล์พรีโอสเตโอบลาสต์ของหนูที่ถูกทำให้เป็นเซลล์อมตะโดยธรรมชาติ ซึ่งได้มาจากกระโหลกศีรษะของหนูที่เพิ่งเกิด
• เซลล์เหล่านี้ผ่านขั้นตอนการเพิ่มจำนวนและการแยกตัวที่แตกต่างกัน จนกระทั่งเกิดการก่อตัวของแมทริกซ์ที่มีแร่ธาตุในหลอดทดลอง
• ระดับกิจกรรม ALP ที่สูงและการแสดงออกของตัวบ่งชี้เซลล์สร้างกระดูก (RUNX2, OCN, OPN, Col1A1) ทำให้เซลล์เหล่านี้เป็นแบบจำลองการสร้างกระดูกที่น่าเชื่อถือ
• ได้สร้างสายลูกหลายสายที่มีศักยภาพในการแยกตัวและสร้างแร่ที่แตกต่างกันจากสายพันธุ์ต้นแบบ
• 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 สายเซลล์นี้ถูกแยกจากเนื้อเยื่อกระดูกกะโหลกของหนูทารก (อายุน้อยกว่าหนึ่งวัน) ที่ไม่ระบุเพศ สัตว์ผู้บริจาคไม่มีความเกี่ยวข้องกับโรคใด ๆ สายเซลล์นี้ถูกคัดเลือกบนพื้นฐานของกิจกรรม ALP ที่สูงในสภาพเซลล์ที่รวมตัวกันแน่น ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่บ่งชี้ถึงศักยภาพที่แข็งแกร่งในการสร้างกระดูกในหลอดทดลอง ในระยะการเจริญเติบโต เซลล์ MC3T3-E1 แสดงลักษณะทางสัณฐานวิทยาแบบไฟโบรบลาสต์ และสร้างวัฒนธรรมเซลล์หลายชั้น เมื่อได้รับการกระตุ้น เซลล์เหล่านี้จะแยกตัวเป็นเซลล์สร้างกระดูก (osteoblasts) ผลิตเมทริกซ์นอกเซลล์ที่มีคอลลาเจน และในที่สุดก่อให้เกิดก้อนแร่ที่มีเซลล์คล้ายเซลล์กระดูกฝังอยู่ในเมทริกซ์กระดูก [1] ภายใต้เงื่อนไขการเพาะเลี้ยงมาตรฐาน เวลาที่เซลล์เพิ่มจำนวนเป็นสองเท่าอยู่ระหว่าง 24 ถึง 48 ชั่วโมง

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

ข้อมูลเกี่ยวกับการเพาะเลี้ยงเซลล์

MC3T3-E1 – ความหนาแน่นสูง

ข้อดีของเซลล์ MC3T3-E1

เซลล์ MC3T3-E1 เป็นแบบจำลองที่ชัดเจนและสามารถทำซ้ำได้ของกระบวนการพัฒนาของเซลล์สร้างกระดูกทั้งหมด ซึ่งต่างจากเซลล์สร้างกระดูกจากกะโหลกศีรษะแบบปฐมภูมิที่มีความหลากหลายและยากต่อการรักษาให้คงอยู่ เซลล์ MC3T3-E1 มีต้นกำเนิดจากโคลนเดียวและสามารถขยายจำนวนได้อย่างสม่ำเสมอในทุกห้องปฏิบัติการ ความสามารถของเซลล์เหล่านี้ในการพัฒนาจากเซลล์พรีโอสเตโอบลาสต์ที่แบ่งตัว ไปสู่เซลล์โอสเตโอบลาสต์ที่สร้างเมทริกซ์ และสุดท้ายกลายเป็นก้อนแร่ที่ฝังตัวอยู่ในเซลล์โอสเตโอไซต์ ทำให้เซลล์เหล่านี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการศึกษาการเปลี่ยนแปลงตามเวลาของกระบวนการสร้างกระดูก งานวิจัยสำคัญของ Yohay และคณะ ได้กำหนดขั้นตอนการเพิ่มจำนวนและขั้นตอนการแยกตัวที่แตกต่างกันของเซลล์ MC3T3-E1 ในวัฒนธรรมเซลล์ ซึ่งทำให้เซลล์เหล่านี้ได้รับการยอมรับเป็นแบบจำลองเชิงปริมาณในหลอดทดลองสำหรับการพัฒนาของเซลล์สร้างกระดูก [5] การศึกษานั้นแสดงให้เห็นว่าเซลล์ MC3T3-E1 ผ่านกระบวนการตามลำดับที่คาดการณ์ได้ ได้แก่ การหยุดการเจริญเติบโต การพัฒนาของเมทริกซ์ และการสร้างแร่ — ซึ่งเป็นขั้นตอนที่คล้ายคลึงกับกระบวนการพัฒนาของเซลล์สร้างกระดูกในร่างกายจริง

ข้อดีอีกประการคือมีซับโคลนที่ได้รับการกำหนดลักษณะอย่างละเอียด ซึ่งช่วยเพิ่มความยืดหยุ่นในการทดลอง Wang และคณะ ได้แยกซับโคลนหลายชุดจากสายพันธุ์แม่ MC3T3-E1 โดยแสดงให้เห็นว่าซับโคลนที่สร้างแร่ธาตุจะแสดงออกอย่างเลือกสรรต่อโปรตีนไซอาโลโปรตีนของกระดูก ออสเทโอแคลซิน, และ mRNA ของตัวรับ PTH/PTHrP อย่างเลือกสรร ในขณะที่การแสดงออกของฟอสฟาเทสอัลคาไลน์ปรากฏในทั้งซับโคลนที่สร้างแร่และซับโคลนที่ไม่สร้างแร่ [4] ทรัพยากรนี้ช่วยให้นักวิจัยสามารถเลือกซับโคลนที่มีฟีโนไทป์ที่กำหนดไว้อย่างชัดเจน และเหมาะสมกับความต้องการในการทดลองของพวกเขา นอกจากนี้ เซลล์เหล่านี้ยังตอบสนองอย่างแข็งแกร่งต่อสิ่งกระตุ้นการสร้างกระดูกหลากหลายชนิด — รวมถึงกรดแอสคอร์บิก เบต้า-กลีเซอโรฟอสเฟต BMP-2 เดกซาเมทาโซน และโมเลกุลขนาดเล็กจำนวนมาก — ทำให้เซลล์เหล่านี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการศึกษาด้านเภสัชวิทยาและกลไกการทำงาน

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

ข้อจำกัดของเซลล์ MC3T3-E1

แม้จะถูกใช้อย่างแพร่หลาย แต่เซลล์ MC3T3-E1 ก็มีข้อควรระวังสำคัญ เนื่องจากเป็นสายเซลล์ที่กลายเป็นอมตะโดยธรรมชาติ จึงอาจเกิดความผิดปกติทางโครโมโซมได้เมื่อผ่านกระบวนการเพาะเลี้ยงหลายครั้ง การวิเคราะห์ด้วย SNP array ได้เปิดเผยว่ามีการผิดปกติของจำนวนโครโมโซม (aneuploidy) อย่างแพร่หลายในวัฒนธรรมเซลล์ MC3T3-E1 และความเปลี่ยนแปลงทั่วทั้งจีโนมอาจส่งผลต่อความสามารถในการทำซ้ำของผลการทดลองการแยกตัวของเซลล์เมื่อผ่านกระบวนการเพาะเลี้ยงหลายครั้ง [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) มีพลวัตการแร่ธาตุและการแสดงออกของยีนมาร์กเกอร์ที่แตกต่างกันอย่างชัดเจน ดังนั้นการเปรียบเทียบผลลัพธ์โดยตรงระหว่างห้องปฏิบัติการที่ใช้ซับโคลนต่างกันจึงต้องดำเนินการด้วยความระมัดระวัง องค์ประกอบของสื่อเพาะเลี้ยงยังมีอิทธิพลอย่างมีนัยสำคัญต่อผลลัพธ์การสร้างกระดูก: การศึกษาที่ประเมินเซลล์ MC3T3-E1 ในสื่อเพาะเลี้ยงต่าง ๆ ได้รายงานความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญในกิจกรรม ALP การสะสมคอลลาเจน และการสร้างแคลเซียม — ซึ่งเน้นย้ำถึงความสำคัญของการมาตรฐานสื่อเพาะเลี้ยงในการออกแบบการทดลอง

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

การใช้งาน

การสร้างแบบจำลองการแยกตัวของเซลล์สร้างกระดูกและการสร้างกระดูก

การใช้เซลล์ MC3T3-E1 ที่สำคัญที่สุดคือในฐานะแบบจำลองเชิงปริมาณของการเปลี่ยนแปลงเป็นเซลล์สร้างกระดูก การศึกษาสำคัญของ Yohay และคณะ ได้กำหนดลักษณะของขั้นตอนการเพิ่มจำนวนและการเปลี่ยนแปลงของเซลล์ MC3T3-E1 จากหนูในวัฒนธรรมเซลล์ ซึ่งให้กรอบเวลาเพื่อเข้าใจว่าเซลล์ก่อนสร้างกระดูกเหล่านี้เปลี่ยนผ่านจากขั้นตอนการเติบโต การพัฒนาของเมทริกซ์ และการสร้างแร่ธาตุอย่างไร [5] งานวิจัยดังกล่าวได้กำหนดให้สายเซลล์นี้เป็นแบบจำลองในหลอดทดลองที่เหมาะสมสำหรับการสร้างกระดูก และกำหนดเกณฑ์มาตรฐานการทดลอง — เช่น กิจกรรม ALP การสะสมเมทริกซ์คอลลาเจน และการสร้างแร่ในก้อน — ซึ่งยังคงถูกใช้อย่างแพร่หลายจนถึงปัจจุบัน ความชัดเจนของขั้นตอนการพัฒนาเหล่านี้ได้ทำให้ MC3T3-E1 กลายเป็นมาตรฐานอ้างอิงที่ใช้ในการประเมินโปรโตคอลการสร้างกระดูกและสื่อการแยกตัวใหม่

การวิจัยเกี่ยวกับเส้นทางการส่งสัญญาณได้ใช้เซลล์ MC3T3-E1 เพื่อวิเคราะห์กลไกโมเลกุลของกระบวนการสร้างกระดูก Wang และคณะได้แสดงให้เห็นว่า apelin-13 กระตุ้นเส้นทางการส่งสัญญาณ BMP4/SMAD1/5/8 ผ่านตัวรับ APJ ของมัน, ซึ่งช่วยเพิ่มการแสดงออกของตัวบ่งชี้การสร้างกระดูก ได้แก่ ALP, osteocalcin, osteopontin และ Col1A1 รวมถึงเพิ่มการแสดงออกของ RUNX2 ทั้งในระดับ mRNA และระดับโปรตีนในเซลล์ MC3T3-E1 [7] การควบคุมการแยกตัวของเซลล์โดยไมโครอาร์เอ็นเอ (MicroRNA) ก็ได้รับการศึกษาเช่นกัน: Zhai และคณะ ได้แสดงให้เห็นว่าแกน miR-211-5p/FOXO3 ส่งเสริมการแยกตัวเป็นเซลล์สร้างกระดูกของเซลล์ MC3T3-E1 และเซลล์ต้นกำเนิดจากไขกระดูก (BMSCs) โดยการกระตุ้นเส้นทาง Wnt/β-catenin ซึ่งมีความสำคัญต่อการรักษาการหักกระดูกจากโรคกระดูกพรุน [8] การวิจัยเกี่ยวกับแรงเฉือนของของเหลวโดยใช้เซลล์ MC3T3-E1 ได้เปิดเผยเพิ่มเติมว่า ออโตฟาจีที่ควบคุมโดย AnnexinA6 มีบทบาทในการควบคุมการแยกตัวเป็นเซลล์สร้างกระดูกที่เกิดจากแรงกล ซึ่งผลการวิจัยนี้มีความสำคัญต่อการเข้าใจสรีรวิทยาของกระดูกที่รับน้ำหนัก [9]

เซลล์ MC3T3-E1 ได้ถูกนำมาใช้เพื่อสร้างสเฟโรอยด์สามมิติ ซึ่งสามารถจำลองสภาพแวดล้อมไมโครของเซลล์สร้างกระดูกในร่างกายได้ดีขึ้น Wen และคณะ ได้สร้างสเฟอรอยด์ MC3T3-E1 ที่เกิดขึ้นเองโดยใช้ระบบการเพาะเลี้ยงที่มีความยึดเกาะต่ำ และแสดงให้เห็นว่ากิจกรรม ALP และการแสดงออกของยีนสร้างกระดูกเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ เมื่อเทียบกับการเพาะเลี้ยงแบบชั้นเดียว [10] เซลล์รูปทรงกลมเหล่านี้ช่วยส่งเสริมการสร้างใหม่ของกระดูกอัลเวออลาร์และลดการอักเสบในแบบจำลองการปลูกถ่ายฟันแบบออโตทรานส์แพลนต์ในหนู ซึ่งแสดงให้เห็นถึงประโยชน์ของระบบการเพาะเลี้ยงเซลล์ MC3T3-E1 แบบสามมิติสำหรับการประยุกต์ใช้ในวิศวกรรมเนื้อเยื่อ

การวิจัยโรคกระดูกพรุนและการพัฒนายา

เซลล์ MC3T3-E1 ทำหน้าที่เป็นแพลตฟอร์มหลักในหลอดทดลองสำหรับการประเมินสารรักษาที่เป็นตัวเลือกในการรักษาโรคกระดูกพรุน ควอร์เซทิน (Quercetin) ซึ่งเป็นฟลาโวนอยด์ที่พบในธรรมชาติ ได้แสดงให้เห็นว่าสามารถลดความผิดปกติในการทำงานของเซลล์สร้างกระดูก (osteoblast) ในหนูที่เป็นโรคกระดูกพรุน โดยการควบคุมกระบวนการเฟอร์โรพโทซิส (ferroptosis) ผ่านทางสัญญาณ Nrf2/SLC7A11/GPX4; การตรวจสอบในหลอดทดลองโดยใช้เซลล์ MC3T3-E1 ได้ยืนยันบทบาทของทางสัญญาณนี้ต่อการอยู่รอดและการทำงานของเซลล์สร้างกระดูก [11] ในทำนองเดียวกัน สารสกัดโปรตีนจากกิ่งกวางพิโลส (PAE) ช่วยส่งเสริมความมีชีวิต ความเจริญเติบโต และการเปลี่ยนแปลงเป็นเซลล์สร้างกระดูกของเซลล์ MC3T3-E1 พร้อมทั้งกระตุ้นเส้นทางสัญญาณ Wnt/β-catenin ซึ่งสะท้อนถึงผลประโยชน์ของมันต่อโครงสร้างจุลภาคของกระดูกแบบแทรเบคูลาร์ในหนูที่ถูกตัดรังไข่ [12]

โพลีแซคคาไรด์จากพืชสมุนไพรดั้งเดิมยังได้รับการประเมินโดยใช้เซลล์ MC3T3-E1 เป็นส่วนประกอบในหลอดทดลองของการวิจัยที่กว้างขึ้นเกี่ยวกับการป้องกันโรคกระดูกพรุน Yang et al. ได้วิเคราะห์ลักษณะของโพลีแซคคาไรด์สองชนิดจาก Psoralea corylifolia และแสดงให้เห็นถึงความสามารถของสารเหล่านี้ในการกระตุ้นกิจกรรมสร้างกระดูกในเซลล์ MC3T3-E1 ซึ่งสอดคล้องกับผลการวิจัยใน vivo ที่พบว่าการหนาแน่นของแร่ธาตุในกระดูกเพิ่มขึ้นในหนูที่เป็นโรคกระดูกพรุนอันเนื่องมาจากกลูโคคอร์ติคอยด์ [13] พบว่าอนุภาคนาโนของเคอร์คูมินเมื่อใช้ร่วมกับนาร์ลูโมสบาร์ต สามารถเสริมฤทธิ์กันในการเพิ่มการแยกตัวของเซลล์ออสทีโอบลาสต์ในเซลล์ MC3T3-E1 ผ่านทางสัญญาณ Wnt/β-catenin ซึ่งเสนอแนวทางเชิงกลยุทธ์ในการใช้อนุภาคนาโนแบบผสมผสานเพื่อซ่อมแซมความเสียหายของกระดูก [14]

โรคกระดูกอักเสบ (Osteomyelitis) ซึ่งเป็นโรคติดเชื้อกระดูกที่รุนแรง ได้ถูกศึกษาโดยใช้เซลล์ MC3T3-E1 ที่ได้รับการรักษาด้วยโปรตีน A ของเชื้อสแตฟิโลค็อกคัส (SPA) เป็นแบบจำลองการติดเชื้อในหลอดทดลอง Chen และคณะได้ใช้การสุ่มแบบเมนเดเลียน (Mendelian randomization) ร่วมกับทดลองในหลอดทดลองเหล่านี้ เพื่อแสดงให้เห็นว่า เมตาโบไลต์ที่ไหลเวียนในเลือดอย่าง p-cresol sulfate ทำให้การเพิ่มจำนวนและการแยกตัวเป็นเซลล์สร้างกระดูกของเซลล์ MC3T3-E1 ลดลง ซึ่งให้ข้อมูลเชิงกลไกใหม่เกี่ยวกับปัจจัยเมตาบอลิกที่ขับเคลื่อนการเกิดโรคกระดูกอักเสบ [15] การยับยั้งเฟอร์โรพโทซิสโดยใช้เฟอร์โรสแตติน-1 ยังได้รับการศึกษาในเซลล์ MC3T3-E1 โดยผลการวิจัยชี้ให้เห็นว่า การยับยั้งการตายของเซลล์แบบเฟอร์โรพโทซิสช่วยเพิ่มความสามารถในการอยู่รอดของเซลล์สร้างกระดูก (osteoblast) และกิจกรรมสร้างกระดูก

วัสดุชีวภาพ, วิทยาศาสตร์การฝังตัว, และวิศวกรรมเนื้อเยื่อกระดูก

เซลล์ MC3T3-E1 เป็นมาตรฐานอ้างอิงสำหรับการประเมินความเข้ากันได้ทางชีวภาพและศักยภาพในการสร้างกระดูกของวัสดุชีวภาพชนิดใหม่ Liu และคณะ ได้พัฒนาโครงร่างไฮดรอกซีอะพาไทต์คาร์บอเนต (Tb-CHA) ที่ผสมเทอร์บิอัม และใช้เซลล์ MC3T3-E1 เพื่อแสดงให้เห็นว่าวัสดุนี้ช่วยเพิ่มการเจริญเติบโตและการแยกตัวของเซลล์อย่างมีนัยสำคัญในสภาพทดลองในห้องปฏิบัติการ (in vitro) โดยมีการยืนยันผลในสภาพทดลองในร่างกาย (in vivo) ผ่านแบบจำลองความบกพร่องของกระดูกกะโหลกศีรษะในหนู ซึ่งยืนยันถึงศักยภาพในการสร้างกระดูก (osteogenic) และการสร้างหลอดเลือด (angiogenic) ของวัสดุนี้ [16] ความสามารถในการเชื่อมโยงผลการตอบสนองของ MC3T3-E1 ในหลอดทดลองกับผลลัพธ์การฟื้นฟูกระดูกในร่างกาย ทำให้สายเซลล์นี้มีความสำคัญอย่างยิ่งในการออกแบบวัสดุทดแทนกระดูกแบบวนซ้ำ

การออกแบบพื้นผิวของอุปกรณ์ฝังไทเทเนียมได้พึ่งพาเซลล์ MC3T3-E1 เป็นหลักในการวัดศักยภาพการผสานกับกระดูก Liao และ Li ได้สร้างชั้นเคลือบผสมจาก epigallocatechin-3-gallate (EGCG), ไฮดรอกซีอะพาไทต์ (HAP) และอนุภาคนาโนเงิน (AgNPs) บนพื้นผิวไทเทเนียม และแสดงให้เห็นว่าชั้นเคลือบ EGCG/HAP/AgNPs นี้ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการต้านเชื้อแบคทีเรีย พร้อมทั้งส่งเสริมการยึดติด การเพิ่มจำนวน และการเปลี่ยนแปลงเป็นเซลล์สร้างกระดูกของเซลล์ MC3T3-E1 [17] ผลการวิจัยเหล่านี้แสดงให้เห็นว่าเซลล์ MC3T3-E1 ช่วยปรับปรุงชั้นเคลือบของอุปกรณ์ฝังในร่างกายให้เหมาะสมยิ่งขึ้น โดยต้องรักษาสมดุลระหว่างประสิทธิภาพในการต้านเชื้อจุลินทรีย์กับความเข้ากันได้กับเซลล์ของร่างกาย

อนุภาคนาโนออกไซด์สังกะสี (ZnO-NPs) เป็นวัสดุชีวการแพทย์ประเภทหนึ่งที่ถูกประเมินในเซลล์ MC3T3-E1 Ryu และคณะ ได้ประเมินอย่างเป็นระบบถึงผลกระทบที่ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของสารสกัดจาก ZnO-NP ต่อความเข้ากันได้กับเซลล์และกิจกรรมสร้างกระดูก โดยพบว่าความเข้มข้นต่ำช่วยส่งเสริมการตอบสนองของเซลล์สร้างกระดูก ในขณะที่ความเข้มข้นสูงมีฤทธิ์ทำลายเซลล์ [18] การวิเคราะห์ลักษณะที่ขึ้นอยู่กับปริมาณนี้เน้นย้ำถึงความสำคัญของการใช้การทดสอบ MC3T3-E1 ที่มาตรฐานในการกำหนดขอบเขตความปลอดภัยและประสิทธิภาพของกลยุทธ์การซ่อมแซมกระดูกที่ใช้วัสดุนาโน เทคโนโลยีพลาสมาบรรยากาศเย็น (CAP) ก็ได้รับการประเมินในลักษณะเดียวกันเกี่ยวกับความสามารถในการกระตุ้นการแยกตัวเป็นเซลล์สร้างกระดูกของ MC3T3-E1 ในลักษณะที่ขึ้นอยู่กับเวลา ซึ่งเปิดโอกาสให้มีการประยุกต์ใช้ในด้านการฟื้นฟูกระดูกอัลเวออลาร์ [19]

สภาวะแรงโน้มถ่วงต่ำและชีวกลศาสตร์

เซลล์ MC3T3-E1 ได้ให้ข้อมูลพื้นฐานสำคัญเกี่ยวกับผลกระทบของการลดแรงกลและแรงโน้มถ่วงต่อชีววิทยาของเซลล์สร้างกระดูก Hughes-Fulford และ Lewis ได้ส่งเซลล์สร้างกระดูก MC3T3-E1 ไปยังอวกาศในภารกิจ STS-56 ของยานอวกาศ Space Shuttle และแสดงให้เห็นว่าเซลล์ที่ถูกกระตุ้นในสภาวะแรงโน้มถ่วงต่ำมีการเจริญเติบโตที่บกพร่อง แม้จะได้รับการกระตุ้นจากซีรั่มตามปกติ โดยมีการเปลี่ยนแปลงในโครงสร้างไซโตสเกเลตันและการสังเคราะห์พรอสตาแกลนดินที่ลดลง เมื่อเทียบกับกลุ่มควบคุมบนพื้นดิน [20] ผลการวิจัยเหล่านี้ได้ให้พื้นฐานทางกลไกระดับเซลล์สำหรับปรากฏการณ์การสูญเสียความหนาแน่นของแร่ในกระดูก ซึ่งได้รับการบันทึกไว้อย่างชัดเจน และเกิดขึ้นกับนักบินอวกาศระหว่างการบินอวกาศระยะยาว

งานวิจัยต่อมาของ Hughes-Fulford ได้ขยายผลการสังเกตเหล่านี้ไปยังด้านการแสดงออกของยีนและการถ่ายทอดสัญญาณ โดยแสดงให้เห็นว่าสภาวะแรงโน้มถ่วงต่ำเปลี่ยนแปลงโปรแกรมการถอดรหัสของเซลล์สร้างกระดูก MC3T3-E1 ในลักษณะที่ช่วยอธิบายการลดลงของการสร้างกระดูกเมื่อไม่มีแรงโน้มถ่วง [21] การวิจัยด้านชีววิทยาอวกาศเหล่านี้ร่วมกันได้กำหนดให้เซลล์ MC3T3-E1 เป็นแบบจำลองหลักในหลอดทดลองสำหรับการศึกษาผลกระทบของสภาวะแรงโน้มถ่วงต่ำต่อโครงกระดูกในระดับเซลล์ ซึ่งมีความเกี่ยวข้องโดยตรงกับการพัฒนาวิธีการป้องกันการสูญเสียมวลกระดูกในด้านการแพทย์อวกาศ

บนโลกนี้ การศึกษาด้านชีวกลศาสตร์ได้ใช้ระบบ MC3T3-E1 เพื่อทำความเข้าใจว่าแรงเฉือนของของเหลว — ซึ่งเป็นตัวแทนของการไหลระหว่างช่องว่างในเครือข่ายช่องว่างและท่อเล็กของกระดูก — ควบคุมการแยกตัวของเซลล์สร้างกระดูก (osteoblast) อย่างไร การวิจัยได้แสดงให้เห็นว่ากระบวนการออโตฟาจี (autophagy) ที่ถูกควบคุมโดย AnnexinA6 เชื่อมโยงการกระตุ้นทางกลไกกับการแสดงออกของยีนสร้างกระดูกในเซลล์ MC3T3-E1 ซึ่งให้รายละเอียดระดับโมเลกุลเกี่ยวกับวิธีที่เซลล์กระดูกรับรู้และตอบสนองต่อแรงทางกายภาพ [9] การประยุกต์ใช้ในด้านชีวกลศาสตร์เหล่านี้ทำให้เซลล์ MC3T3-E1 อยู่ในจุดเชื่อมต่อระหว่างสาขาฟิสิกส์ชีวภาพและเวชศาสตร์ฟื้นฟู

การฟื้นฟูกระดูกปริทันต์และกระดูกอัลเวออลาร์

การสูญเสียกระดูกที่เกี่ยวข้องกับโรคปริทันต์เป็นความท้าทายทางคลินิกที่สำคัญ และเซลล์ MC3T3-E1 ได้กลายเป็นเครื่องมือสำคัญในการทดลองในหลอดทดลองเพื่อประเมินกลยุทธ์การฟื้นฟูปริทันต์ Kong และคณะ ได้พัฒนาวัสดุนาโนจุดคาร์บอนหลายหน้าที่ (ASA-ALN-CDs) ที่สกัดจากแอสไพรินและโซเดียมอาเลนโดรเนต ซึ่งแสดงให้เห็นถึงฤทธิ์ต้านไบโอฟิล์มที่ทรงพลังต่อเชื้อโรคปริทันต์ และส่งเสริมการแยกตัวเป็นเซลล์สร้างกระดูกของ MC3T3-E1 ในสภาวะการอักเสบ [22] ในแบบจำลองโรคปริทันต์อักเสบในหนูทดลอง วัสดุดังกล่าวช่วยลดการสูญเสียกระดูกอัลเวออลาร์และอาการอักเสบได้โดยการยับยั้งเส้นทางการส่งสัญญาณ HIF-1α โดยข้อมูลจากการทดลองในหลอดทดลองกับเซลล์ MC3T3-E1 ได้ให้หลักฐานเชิงกลไกโดยตรงที่สนับสนุนผลที่สังเกตได้จากการทดลองในสัตว์ทดลอง

การศึกษาเกี่ยวกับพลาสมาในบรรยากาศเย็นได้มุ่งเน้นเฉพาะไปที่การฟื้นฟูกระดูกอัลเวออลาร์ โดยการนำเซลล์ MC3T3-E1 ไปสัมผัสกับแหล่ง CAP เฮลิียมที่ออกแบบเฉพาะ Negrescu และคณะ ได้แสดงให้เห็นว่า การรักษาด้วย CAP มีผลต่อการปรับเปลี่ยนการอยู่รอดของเซลล์และการแยกตัวเป็นเซลล์สร้างกระดูกในลักษณะที่ขึ้นอยู่กับเวลา ซึ่งได้รับการประเมินผ่านการทดสอบเซลล์มีชีวิต/ตาย การทดสอบความมีชีวิตของเซลล์ด้วย CCK-8 การวัดกิจกรรม ALP และการวิเคราะห์ลักษณะทางสัณฐานวิทยา [19] ผลลัพธ์เหล่านี้ทำให้ CAP กลายเป็นตัวเลือกหนึ่งในการรักษาเสริมทางกายภาพสำหรับภาวะกระดูกอัลเวอลาเรลบกพร่อง โดยเซลล์ MC3T3-E1 ให้ข้อมูลการแยกตัวเชิงปริมาณที่จำเป็นเพื่อปรับแต่งพารามิเตอร์การรักษาให้เหมาะสมที่สุด

วิธีการเพาะเลี้ยงเซลล์แบบสเฟโรอยด์สามมิติที่พัฒนาขึ้นโดยใช้เซลล์ MC3T3-E1 มีความเกี่ยวข้องโดยตรงกับเวชศาสตร์ฟื้นฟูทางทันตกรรม ระบบโครงร่างคอลลาเจนแบบสเฟอรอยด์ที่ Wen และคณะได้ประเมินในแบบจำลองการปลูกถ่ายฟันตนเอง ได้ผลลัพธ์ที่ดีกว่าในการฟื้นฟูกระดูกเบ้าฟันและการแสดงออกของยีนต้านการอักเสบ เมื่อเทียบกับกลุ่มควบคุมเซลล์ชั้นเดียว ซึ่งชี้ให้เห็นว่ากิจกรรมพาราครีนที่เพิ่มขึ้นของสเฟอรอยด์ MC3T3-E1 อาจนำไปสู่ประโยชน์ทางคลินิกที่มีความหมายในการรักษาแผลเบ้าฟัน [10]

บทสรุป

เซลล์ MC3T3-E1 ยังคงเป็นแบบจำลองที่ขาดไม่ได้และได้รับการตรวจสอบอย่างกว้างขวางสำหรับการวิจัยด้านชีววิทยาของกระดูก ตั้งแต่การกำหนดลักษณะเดิมว่าเป็นสายเซลล์โคลนของเซลล์ก่อนสร้างกระดูก (pre-osteoblast) ที่สามารถสร้างแร่ธาตุในหลอดทดลอง (in vitro) ได้ จนถึงการใช้งานในปัจจุบันในสาขาที่ทันสมัยที่สุด เช่น การพิมพ์ชีวภาพ 3 มิติ (3D bioprinting), การส่งยาด้วยอนุภาคนาโน (nanoparticle-based drug delivery), การฟื้นฟูเนื้อเยื่อปริทันต์ (periodontal regeneration), และเวชศาสตร์อวกาศ (space medicine) เซลล์เหล่านี้ได้แสดงให้เห็นถึงความหลากหลายทางวิทยาศาสตร์ที่โดดเด่น ขั้นตอนการแยกตัวที่ชัดเจน การแสดงออกของมาร์กเกอร์ที่มั่นคง และความตอบสนองต่อสิ่งกระตุ้นการสร้างกระดูกที่หลากหลาย ทำให้เซลล์สายพันธุ์นี้กลายเป็นมาตรฐานอ้างอิงสำหรับการประเมินวัสดุชีวภาพใหม่ การระบุเป้าหมายการรักษาในโรคกระดูกพรุนและโรคกระดูกอักเสบ รวมถึงการวิเคราะห์เส้นทางสัญญาณที่ควบคุมการสร้างกระดูก ไม่ว่าคุณจะกำลังศึกษาเรื่องเฟอโรพโทซิส (ferroptosis), ชีวกลศาสตร์ (mechanobiology), หรือชั้นเคลือบอุปกรณ์ฝังตัวรุ่นใหม่ เซลล์ MC3T3-E1 ก็ให้แพลตฟอร์มที่มีความสามารถในการทำซ้ำได้และสอดคล้องกับชีววิทยา ซึ่งการวิจัยของคุณต้องการ ดูรายละเอียดสเปกทั้งหมดหรือสั่งซื้อ เซลล์ MC3T3-E1 โดยตรงที่ cytion.com.

ผลงานสำคัญ

1. Sudo H, Kodama HA, Amagai Y (1983) การเปลี่ยนแปลงเป็นเซลล์กระดูกและการสร้างแคลเซียมในหลอดทดลองของสายเซลล์สร้างกระดูกแบบโคลนใหม่ที่ได้จากกระโหลกศีรษะของหนูทารกแรกเกิด. The Journal of Cell Biology. PMID: 6826647
2. Chen YH, Connelly JP, Florian C (2023) การวิเคราะห์โปรไฟล์การซ้ำสั้นแบบแทนเดม (Short tandem repeat profiling) ผ่านการหาลำดับดีเอ็นเอรุ่นใหม่ (next-generation sequencing) เพื่อการตรวจสอบความถูกต้องของสายเซลล์. Disease Models & Mechanisms. PMID: 37712227
3. Didion JP, Buus RJ, Naghashfar Z (2014) การวิเคราะห์โปรไฟล์ด้วย SNP array ของสายเซลล์หนูช่วยระบุสายพันธุ์ต้นกำเนิดของพวกมัน และเปิดเผยการปนเปื้อนข้ามสายพันธุ์ รวมถึงภาวะแอนยูพลอยดีที่แพร่หลาย BMC Genomics. PMID: 25277546
4. Wang D, Christensen K, Chawla K (1999) การแยกและวิเคราะห์ลักษณะของซับโคลนเซลล์พรีออสทีโอบลาสต์ MC3T3-E1 ที่มีศักยภาพในการแยกตัวและสร้างแร่ที่แตกต่างกันทั้งในหลอดทดลองและในร่างกายจริง. Journal of Bone and Mineral Research. PMID: 10352097
5. Quarles LD, Yohay DA, Lever LW (1992) ขั้นตอนการเพิ่มจำนวนและการพัฒนาที่แตกต่างกันของเซลล์ MC3T3-E1 ของหนูในวัฒนธรรม: แบบจำลองในหลอดทดลองของการพัฒนาเซลล์สร้างกระดูก. Journal of Bone and Mineral Research. PMID: 1414487
6. Baba TT (2000) การฟื้นฟูการสะสมแร่ด้วยเดกซาเมทาโซนในเมทริกซ์ของเซลล์ออสทีโอบลาสต์ที่ไม่สร้างแร่ ซึ่งถูกคัดลอกย่อยจากเซลล์ MC3T3-E1. Calcified Tissue International. PMID: 11136541
7. Wang C, Li Z, Yang H (2026) Apelin-13 กระตุ้นเส้นทาง BMP4/SMAD ผ่าน APJ เพื่อเพิ่มการแยกตัวเป็นเซลล์สร้างกระดูกและการสร้างแร่ Tissue & Cell. PMID: 42269418
8. Zhai H, Lin M, Lu C (2026) แกน miR-211-5p/FOXO3 ช่วยเร่งการแยกตัวเป็นเซลล์สร้างกระดูกและการสมานกระดูกหัก โดยทำหน้าที่เป็นตัวกลางในเส้นทาง Wnt/β-catenin. Journal of Orthopaedic Surgery and Research. PMID: 42219493
9. Pei T, Su G, Yang J (2026) การแก้ไข: แรงเฉือนของของเหลวควบคุมการแยกตัวเป็นเซลล์สร้างกระดูกผ่านกระบวนการออโตฟาจีที่ควบคุมโดย AnnexinA6 ในเซลล์ MC3T3-E1. International Journal of Molecular Sciences. PMID: 42196630
10. Wen Z, Li X, Yue L (2026) สเฟโรอยด์ของเซลล์ต้นกำเนิดเมเซนไคม์ที่ก่อตัวขึ้นเองช่วยส่งเสริมการฟื้นฟูกระดูกอัลเวออลาร์และยับยั้งการอักเสบหลังการปลูกถ่ายฟันแบบออโตทรานส์แพลนต์. Regenerative Therapy. PMID: 42199333
11. Gong J, Ma Y, Huang J (2026) สารสกัดโปรตีนจากกิ่งกวางมีขนช่วยบรรเทาโรคกระดูกพรุน และมีความเกี่ยวข้องกับการกระตุ้นเส้นทางสัญญาณ Wnt/β-Catenin. Pharmaceuticals (Basel, Switzerland). PMID: 42198339
12. He L, Zheng Y, Zeng Z (2026) ผลของควอร์เซตินต่อความผิดปกติของเซลล์สร้างกระดูกในหนูที่เป็นโรคกระดูกพรุน โดยการควบคุมกระบวนการเฟอร์โรพโทซิสที่ผ่านทาง Nrf2/SLC7A11/GPX4 Cytotechnology. PMID: 42238059
13. Yang J, Tang Z, Chen C (2026) การวิเคราะห์โครงสร้างและศักยภาพในการป้องกันโรคกระดูกพรุนทั้งในร่างกายและในหลอดทดลองของโพลีแซคคาไรด์สองชนิดจาก Psoralea corylifolia L. Carbohydrate Polymers. PMID: 42173575
14. Zhang H, Zhao Y (2026) นาโนพาร์ติเคิลเคอร์คูมินที่รวมกับนาร์ลูโมสบาร์ต ช่วยควบคุมเส้นทางสัญญาณ wingless-type MMTV integration site (wnt)/β-catenin ในเซลล์ที่คล้ายเซลล์สร้างกระดูก Pakistan Journal of Pharmaceutical Sciences. PMID: 42170973
15. Chen X, Mo R, Yang S (2026) ซีโตไคน์ก่อการอักเสบและเส้นทางเมแทบอลิซึมในโรคกระดูกและไขกระดูกอักเสบ: ข้อมูลเชิงลึกจากการสุ่มแบบเมนเดเลียนและการตรวจสอบความถูกต้องทางทดลอง. Advances in Clinical and Experimental Medicine. PMID: 42200571
16. Liu P, Shen J, Bian Y (2026) โครงสร้างไฮดรอกซีอะพาไทต์คาร์บอเนตที่พิมพ์ด้วยเทคโนโลยี 3D และผสมเทอร์บิอัม ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการฟื้นฟูกระดูก. 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) ผลกระทบที่ขึ้นอยู่กับปริมาณของอนุภาคนาโนออกไซด์สังกะสีต่อปฏิกิริยาของเซลล์ก่อนเป็นออสทีโอบลาสต์. Scientific Reports. PMID: 42303653
19. Negrescu AM, Zampieri L, Martines E (2026) การปรับเปลี่ยนแบบขึ้นอยู่กับเวลาของเซลล์พรีโอสเตโอบลาสต์ MC3T3-E1 โดยพลาสมาเย็นฮีเลียม: การศึกษาเบื้องต้นเกี่ยวกับความเกี่ยวข้องที่อาจมีต่อการฟื้นฟูกระดูกอัลเวออลาร์ Biomedical Physics & Engineering Express. PMID: 42208566
20. Kong J, Li H, Guo X (2026) ประสิทธิภาพการรักษาของ ASA-ALN-CDs ในโรคปริทันต์อักเสบ: 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) การเปลี่ยนแปลงในการแสดงออกของยีนและการส่งสัญญาณในสภาวะแรงโน้มถ่วงต่ำ. Journal of Gravitational Physiology. PMID: 12638602