3D celcultuur

Een 3D celkweek is een kunstmatig gecreëerde omgeving waarin biologische cellen mogen groeien of interactie met de omgeving in drie dimensies. Dit is een verbetering ten opzichte van de vorige methode van groeiende cellen in 2D, omdat het 3D-model nauwkeuriger modellen die in vivo cellen. Deze driedimensionale kweken worden gewoonlijk gekweekt in bioreactoren, kleine capsules waarin de cellen kunnen groeien tot sferoïden, of 3D celkolonies. Ongeveer 300 sferoïden worden gewoonlijk gekweekt per bioreactor.

Achtergrond

Vroege studies in de jaren '80, onder leiding van Mina Bissell van het Lawrence Berkeley National Laboratory, gewezen op het belang van 3D-technieken voor het maken van nauwkeurige in vitro kweken modellen. Dit werk richt zich op het belang van de extracellulaire matrix en het vermogen van culturen kunstmatige 3D matrices fysiologisch relevante multicellulaire structuren, zoals acinaire structuren gezonde en kankerachtige borstweefsel modellen. Deze technieken hebben bewezen zeer belangrijk in vitro ziektemodellen te worden met een breed scala aan toepassingen, inclusief het evalueren van cellulaire reacties op farmaceutische verbindingen in geneesmiddelen toepassingen.

Properties

3D celculturen is een verbetering ten opzichte 2D kweken om vele redenen. In levend weefsel cellen bestaan ​​in 3D micro-omgevingen met ingewikkelde cel-cel en cel-matrix interacties en complexe dynamiek van transport voor nutriënten en cellen. Standaard 2D of monolaag, celculturen ontoereikend zijn voorstellingen van deze omgeving, die vaak maakt ze onbetrouwbaar voorspellers van in vivo drug effectiviteit en toxiciteit. 3D sferoïden meer lijken in vivo weefsel in termen van cellulaire communicatie en het ontwikkelen van extracellulaire matrices. Deze matrices helpen de cellen kunnen bewegen in hun bolvormige op dezelfde manier cellen zou in levend weefsel te bewegen. De sferoïden zijn aldus verbeterde modellen voor celmigratie, differentiatie, overleving en groei. Bovendien 3D celculturen bieden nauwkeurigere weergave van cel polarisatie, aangezien in 2D, de cellen slechts gedeeltelijk gepolariseerd zijn. Bovendien cellen gekweekt in 3D vertonen verschillende genexpressie dan gekweekt in 2D.

Een echte 3D-omgeving is vaak noodzakelijk om cellen in vitro belangrijke fysiologische structuren en functies te vormen. De derde dimensie van de celgroei zorgt voor meer contact ruimte voor mechanische ingangen en voor celadhesie, die nodig zijn voor integrine ligatie cel contractie en zelfs intracellulaire signalering is. Normale opgeloste diffusie en binding aan effector eiwitten is ook afhankelijk van de 3D-cellulaire matrix, dus het is van cruciaal belang voor de oprichting van het weefsel schaal opgeloste concentratiegradiënten

Ten behoeve van het geneesmiddel toxicologie screening, is het veel nuttiger te testen genexpressie van in vitro cellen in 3D geteelde 2D, omdat de genexpressie van de 3D-sferoïden zal lijken genexpressie in vivo. Tenslotte 3D celculturen een grotere stabiliteit en langere levensduur dan celkweken in 2D. Dit betekent dat ze meer geschikt voor lange termijn studies en voor het aantonen van lange termijn effecten van het geneesmiddel. Een andere reden hiervoor is dat de 3D-omgeving kunnen de cellen ongestoord groeien. In 2D, moet de behandeling met trypsine normale cellen ondergaan om hen te voorzien van voldoende voedingsstoffen voor normale celgroei. 3D sferoïden werden gekweekt in een laboratoriumomgeving tot 302 dagen behoud van gezonde, niet-kankerachtige groei.

Methoden

Vandaag zijn er een groot aantal commercieel beschikbare instrumenten kweken die beweren dat de voordelen van 3D celkweek verschaffen. De belangrijkste categorieën zijn extracellulaire matrix of steigers, bewerkt oppervlak, roterende bioreactoren, microdragers, magnetische levitatie, opknoping druppel platen en magnetische 3D Bioprinting. De bioreactoren voor 3D celculturen klein plastic cilindervormige kamers die speciaal zijn ontworpen met het oog op groeiende cellen in drie dimensies. De bioreactor gebruikt bioactieve kunststoffen zoals polyethyleentereftalaat membranen de bolvormige cellen omringen in een omgeving die hoge niveaus van voedingsstoffen handhaaft. Ze zijn gemakkelijk te openen en sluiten, zodat de cel sferoïden kunnen worden verwijderd voor het testen, maar de kamer kan 100% vochtigheidsgraad te handhaven gedurende. Deze vochtigheid is belangrijk voor maximale groei en functiecel bereiken. De bioreactor kamer deel uitmaakt van een groter apparaat dat draait op gelijke celgroei telkens waarborgen in drie dimensies.
MC2 Biotek heeft een bioreactor om ProtoTissue dat gasuitwisseling gebruikt om hoge zuurstofgehalte in de cel kamer behouden uitbroeden ontwikkeld. Dit is een verbetering ten opzichte van eerdere bioreactoren omdat de hogere zuurstofgehalte helpen de cel groeien ondergaan normale cel ademhaling.

Microfluidics

De verschillende celstructuren in het menselijk lichaam te worden gevasculariseerd om de voedingsstoffen en gasuitwisseling hulp die ze nodig hebben om te overleven te ontvangen. Evenzo 3D celculturen in vitro vereisen bepaalde niveaus van vloeistofcirculatie, die problematisch dichte, 3D culturen waar cellen niet allen voldoende blootstelling aan voedingsstoffen zijn. Dit is vooral belangrijk bij levercelculturen omdat de lever een sterk gevasculariseerd orgaan. Een studie gekweekte hepatocyten en vasculaire cellen samen op een collageen gel steiger tussen microfluïdische kanalen, en vergeleken de groei van cellen in statische en stromende omgevingen, en toonde de behoefte aan modellen met weefsels en een microvasculaire netwerk

Farmacologie / Toxicologie

Een hoofddoel van groeiende 3D sferoïden cel in vitro te farmacokinetische en farmacodynamische effecten van geneesmiddelen in preklinische studies testen. Toxicologische studies hebben aangetoond 3D celculturen om bijna op een lijn met in vivo studies met het oog op de toxiciteit van geneesmiddelverbindingen testen. Bij het vergelijken van LD50-waarden voor 6 gemeenschappelijke drugs: paracetamol, amiodaron, diclofenac, metformine, fenformine en valproïnezuur, direct de 3D bolvormige waarden gecorreleerd met die van in vivo studies. Hoewel 2D celkweken zijn eerder gebruikt voor het testen op toxiciteit samen met in vivo studies de 3D sferoïden beter te testen chronische toxiciteit blootstelling vanwege hun langere levensduur. De drie-dimensionale opstelling maakt de kweken een model dat nauwkeuriger gelijkt menselijke weefsels in vivo zonder gebruikmaking dierproeven onderwerpen.

Mogelijk Kritiek

Alle verschillende methoden 3D cultuur conclusie relatieve gebruiksgemak en produceren van 3D structuren met verbeterde in vivo gelijkenis vergelijking met 2D werkwijzen. Echter, geen van de 3D-methoden nog vervangen 2D kweken op grote schaal, ook in het ontwikkelingsproces van geneesmiddelen. Bestaande 3D-methoden zijn niet zonder beperkingen, met inbegrip van schaalbaarheid, reproduceerbaarheid, gevoeligheid, en de compatibiliteit met high-throughput screening instrumenten. Celgebaseerde HTS voert snelle bepaling van cellulaire respons op geneesmiddel interactie, zoals dosisafhankelijk levensvatbaarheid van de cellen, cel-cel / cel-matrix interacties en / of celmigratie, maar de beschikbare assays zijn niet geoptimaliseerd voor 3D celkweek. De volgende uitdaging voor 3D celkweek is de beperkte hoeveelheid gegevens / publicaties die mechanismen van geneesmiddel interactie, celdifferentiatie, en cel-signalering te pakken in vitro 3D-omgevingen en de resultaten met in vivo drug reactie correleren. Hoewel het aantal 3D-celkweek publicaties snel toeneemt, de huidige beperkte biochemische karakterisering van 3D weefsel vermindert het vertrouwen dat nodig is om de goedkeuring van nieuwe methoden te rijden. De snelheid waarmee deze uitdagingen wordt voldaan zal het tempo waarin 3D celkweek wordt aangenomen als een routine-instrument te bepalen.

Er zijn ook problemen met behulp sferoïden als model voor kankerweefsel. Hoewel gunstig voor 3D weefselcultuur zijn bolvormige tumoren bekritiseerd omdat moeilijk of onmogelijk om "te manipuleren gradiënten van oplosbare moleculen in constructen en om cellen te karakteriseren in deze complexe verlopen", in tegenstelling tot papier gesteunde 3D celcultuur voor weefselgebaseerde bioassays onderzocht door Ratmir et al.

(0)
(0)
Commentaren - 0
Geen commentaar

Voeg een reactie

smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile
Tekens over: 3000
captcha