Cultivo celular tridimensional

El cultivo celular tradicional se desarrolló en superficies bidimensionales (2D) simples y no porosas, lo que facilitó la expansión de esta técnica vital en las ciencias de la vida. Dado que in vivo las células interactúan con su entorno en tres dimensiones, las herramientas, los reactivos y las técnicas de cultivo celular tridimensional han provocado la creación de modelos celulares in vitro más predictivos para diversas aplicaciones y disciplinas, como la investigación del cáncer, el descubrimiento de fármacos, la neurociencia y la medicina regenerativa.  

Los modelos de cultivo celular en 3D pueden clasificarse en general en dos categorías principales en función del método: 1) métodos con armazones en los que se utilizan hidrogeles o andamios estructurales y 2) enfoques sin armazones en los que se utilizan agregados celulares fluidos, a los que se conoce normalmente como esferoides. La elección del método depende principalmente de la naturaleza de las propias células, pero también de los objetivos y el propósito del cultivo 3D. 

Técnicas de cultivo celular 3D con armazones

En el cultivo con andamios, las células están sostenidas en todas las dimensiones bien por una estructura artificial o por una red de polímero conocida como hidrogel. Estas redes hidrófilas pueden contener más del 90 % de agua y estar compuestas por proteínas de matriz extracelular (ECM) de origen animal o estar disponibles como formulaciones sintéticas o procedentes de animales. Las células se incluyen en los hidrogeles que simulan la matriz extracelular in vivo.

Los denominados andamios «duros» también pueden crearse utilizando material de cultivo especializado con estructuras fibrosas o espongiformes, a menudo compuestas por materiales biodegradables como la policaprolactona o el poliestireno ópticamente transparente para optimizar la obtención de imágenes. Aunque estos soportes manufacturados se parecen menos a la ECM in vivo, pueden mejorar la reproducibilidad y facilitar la recuperación celular del cultivo.

Sistemas de cultivo celular en 3D sin armazones

Cuando las células no crecen en soportes, pueden formar agregados tridimensionales, llamados esferoides, que segregan su propia matriz extracelular para que se parezca más a los tejidos sólidos nativos. Ejemplos comunes son las tumoresferas cancerosas, que permiten el estudio de los gradientes de oxígeno y el acceso a los nutrientes en la formación tumoral. El cultivo esferoide suele preferirse para el cribado de compuestos de alto rendimiento en el desarrollo de fármacos y en toxicología, donde los esferoides presentan modelos biológicamente más apropiados que los cultivos en 2D. El cultivo esferoide puede lograrse en diversos entornos, como microplacas de baja adherencia, biorreactores y sistemas de cultivo microfluídicos. Tanto los sistemas con armazón como los sistemas sin él permiten la interacción en todas las direcciones con el sustrato, otras células y factores extracelulares.

Aplicaciones avanzadas del cultivo celular en 3D

Los sistemas celulares tridimensionales avanzados permiten a los investigadores un híbrido entre la accesibilidad de las técnicas clásicas de cultivo celular en 2D y la idoneidad biológica de los modelos animales in vivo, con menos preocupaciones éticas. Recientemente se ha implementado el uso de métodos avanzados de cultivo celular en 3D como esferoides tumorales, organoides derivados de células madre y pacientes, e ingeniería tisular mediante bioimpresión en 3D con células y biotintas para obtener modelos más reales de las respuestas celulares in vivo. Se han comercializado organoides obtenidos a partir de células iPS para tejidos seleccionados, lo que aumenta el potencial de reproducibilidad y acelera los resultados en comparación con los organoides cultivados en laboratorio.