3D Культивирование, сфероиды

В отличие от 2D, трехмерные клеточные культуры служат лучшей моделью, точно отражающей физиологические условия in vivo. Клетки в физиологической среде постоянно взаимодействуют с внеклеточным матриксом, регулируя сложные биологические функции, такие как клеточная миграция, апоптоз, регуляция транскрипции и экспрессия рецепторов. Еще одной веской причиной растущего интереса к 3D клеточным культурам является снижение использования в экспериментах животных моделей, которые, являясь генетически отличными, не могут надежным способом предсказать, как медикаментозное лечение повлияет на людей.

Основные методы создания 3D культур

Выделяют два основных метода создания 3D культур:

• с использованием поддерживающих структур — каркасов или скаффолдов;
• бескаркасные варианты.

Методы на основе каркасов

3D-клетки можно культивировать внутри поддерживающего каркаса, чтобы обеспечить рост во всех направлениях. К популярным типам таких каркасов относятся гидрогели и каркасы на основе твердого полимерного материала.

Гидрогели — полимерный материал, который может поглощать и удерживать воду. Гидрогели могут быть получены из животных материалов, например, Martigengel на основе белка ЕСМ или водорослей, например, альгинаты, которые входят в состав биочернил для 3D принтеров или синтезированы из химических веществ.

Каркасы на основе твердого полимерного материала — представляют собой волокна или губчатые структуры, внутри которых культивируются клетки. Материалами, используемыми для таких каркасов, могут быть полистирол (адаптированный для визуализирующих исследований из-за его прозрачности), а также биоразлагаемые материалы, такие как поликапролактон.

Компания ST1 под брендом ARTIPORE предлагает широкий выбор скаффолдов для 3D-культуры клеток. Нановолокна, полученные методом электропрядения из поликапролактона имитируют внеклеточный матрикс (ВКМ), сочетая комбинацию структуры волокон, таких как выравнивание, несоосность, и варьирование диаметра волокон.

Модели 3D-культуры без каркасов

Безкаркасные методы базируются на том, чтобы создать особые условия, которые позволяют клеткам самособираться в кластеры или сфероиды. Обычно это специальный культуральный пластик, который можно разделить на следующие группы:

• Пластик, покрытый специальным гидрофильным полимером, который предотвращает прилипание клеток к поверхности, позволяя клеткам группироваться вместе и образовывать собственный внеклеточный матрикс. Такой пластик с низкой адгезией в различных форматах представлен у компании Jet Biofil 3DSphearo и SPL Cell Floater.
• Поверхности с микроструктурой: пластиковые поверхности модифицируются для создания микроструктуры или нескольких лунок, которые стимулируют рост клеток в виде кластеров, например, чашка культуральная Spheroid Dish, имеет сетку внутри лунки, что облегчает идентификацию и подсчет сфероидов.



• Висячая капля: клетки помещаются в специальном планшете во взвешенную каплю среды, что позволяет клеткам агрегироваться и образовывать сфероиды на дне капли.

Удобство работы с клетками in vitro, получение результатов, отражающих состояние in vivo, и отсутствие этических проблем, связанных с использованием животных, делают методы 3D-культуры клеток все более популярными среди исследователей. Каждый из методов для получения 3D-культуры клеток имеет свои преимущества и недостатки, поэтому выбор правильной системы для разработки 3D-модели клеточной культуры является нетривиальной задачей и определяется исследователем и зависит от целей и задач эксперимента.