3D sejtkultúra

A hagyományos sejtkultúrát egyszerű, nem porózus kétdimenziós (2D) felületeken fejlesztették ki, ami megkönnyítette ennek a létfontosságú technikának az élettudományokban való elterjedését. Mivel a sejtek in vivo három dimenzióban lépnek kölcsönhatásba a környezetükkel, a 3D-s sejttenyésztési eszközök, reagensek és technikák a legkülönfélébb alkalmazások és tudományágak, köztük a rákkutatás, a gyógyszerkutatás, az idegtudományok és a regeneratív orvoslás számára előrejelzőbb in vitro sejtmodellek létrehozásához vezettek.  

A 3D-s sejttenyésztési modelleket a módszer alapján általában két fő kategóriába lehet sorolni: 1) állványzat-alapú módszerek hidrogélek vagy szerkezeti állványzat felhasználásával és 2) állványzatmentes megközelítések szabadon lebegő sejtaggregátumokat, jellemzően szferoidokat használva. A módszer kiválasztása elsősorban maguktól a sejtek természetétől, de a 3D kultúra céljaitól és céljától is függ. 

Szerkezet-alapú 3D sejttenyésztési technikák

Az állványzat-alapú tenyésztés során a sejteket minden dimenzióban mesterséges struktúra vagy egy hidrogélnek nevezett polimerhálózat támogatja. Ezek a hidrofil hálózatok több mint 90%-ban vizet tartalmazhatnak, és állhatnak állati eredetű extracelluláris mátrix (ECM) fehérjékből, vagy állhatnak rendelkezésre állatmentes szintetikus készítményekként. A sejteket hidrogélekbe ágyazzák, hogy szimulálják az in vivo extracelluláris mátrixot.

Az úgynevezett "kemény" állványzatokat is létre lehet hozni speciális tenyésztőeszközökkel, amelyek rostos vagy szivacsszerű szerkezetűek, gyakran biológiailag lebomló anyagokból, például polikaprolaktonból vagy optikailag átlátszó polisztirolból állnak a képalkotás optimalizálása érdekében. Bár ezek a gyártott hordozók kevésbé hasonlítanak az in vivo ECM-re, javíthatják a reprodukálhatóságot és megkönnyíthetik a sejtek kinyerését a tenyészetből.

Scaffold-free 3D Cell Culture Systems

Ha a sejteket nem hordozókon tenyésztik, akkor 3D aggregátumokat, úgynevezett szferoidokat képezhetnek, amelyek saját ECM-et választanak ki, így jobban hasonlítanak a natív szilárd szövetekre. Gyakori példa erre a rákos tumorszférák, amelyek lehetővé teszik az oxigéngradiensek és a tápanyaghoz való hozzáférés tanulmányozását a tumorképződésben. A szferoidkultúrát gyakran előnyben részesítik a nagy áteresztőképességű vegyületszűrés során a gyógyszerfejlesztésben és a toxikológiában, ahol a szferoidok biológiailag relevánsabb modelleket mutatnak, mint a 2D kultúrák. A szferoidkultúra különböző környezetekben valósítható meg, beleértve az alacsony rögzítésű mikrolemezeket, bioreaktorokat és mikrofluidikai tenyésztési rendszereket. Mind az állványzatos, mind az állványzat nélküli rendszerek lehetővé teszik a szubsztráttal, más sejtekkel és extracelluláris faktorokkal való kölcsönhatást minden irányban.

A 3D-s sejtkultúra fejlett alkalmazásai

A fejlett 3D-s sejtkultúrás rendszerek a klasszikus 2D-s sejtkultúra-technikák hozzáférhetősége és az in vivo állatmodellek biológiai relevanciája közötti hibridet teszik lehetővé a kutatók számára, kevesebb etikai aggály mellett. A közelmúltban a fejlett 3D-s sejttenyésztési módszerek, például a tumorszferoidok, az őssejt- és betegeredetű organoidok, valamint a sejtekkel és bioinkekkel történő 3D-s bioprinteléssel történő szövetszerkesztés alkalmazása az in vivo sejtválaszok pontosabb modellezése érdekében került bevezetésre. Az iPS sejtekből származó organoidok kereskedelmi forgalomban elérhetővé váltak kiválasztott szövetek esetében, ami növeli a reprodukálhatóság lehetőségét és felgyorsítja az eredményeket a laboratóriumban tenyésztett organoidokkal szemben.