به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، سلول‌ها و بافت‌های بدن ما در یک محیط سه بعدی (3D) بسیار پیچیده قرار دارند. با این حال، ما به طور سنتی از یک رویکرد دو بعدی برای مطالعه رفتار این سلول‌ها استفاده می‌کنیم. ولی کشت سلولی سه بعدی سلول‌ها را از محیط دو بعدی خارج می‌کند و به آنها اجازه می‌دهد تا تعاملات بیشتری با یکدیگر داشته باشند. در همین راستا یک دانشمند ارگانوئیدها را در یک صفحه چند چاهی پر از محیط کشت گلبول قرمز کشت می‌دهد. این مقاله توسط Julía Crispim da Fontouraمرور شده است. در این مقاله محققان از ارگانوئیدها برای مطالعه مقاومت دارویی استفاده می‌کند و با اجازه دادن به فعل و انفعالات سلول-سلول  و سلول با ماتریکس درکشت سلولی سه بعدی، پیچیدگی‌های بیولوژیکی بافت‌ها و اندام‌ها را نسبت به کشت‌های دوبعدی ایجاد کند.

کشت سلولی سه بعدی چیست؟

کشت سلولی سه بعدی یک روش آزمایشگاهی است که در آن دانشمندان سلول‌ها را در شرایطی رشد می‌دهند که به آنها اجازه می‌دهد با یکدیگر و محیط اطراف تعامل داشته باشند. این شرایط می‌توانند بافت‌ها، اندام‌ها یا تومورهای پیچیده را تقلید کنند. چندین نوع مختلف کشت سلولی سه بعدی، از جمله کروی های بدون داربست و ارگانوئیدهای مبتنی بر داربست وجود دارد.

کشت سلولی دو بعدی در مقابل سه بعدی

کشت سلولی دوبعدی عمدتاً شامل رشد سلول‌ها در یک لایه روی سطح صاف یک فلاسک یا صفحه پلاستیکی می‌شود. این شرایط کشت فاقد پیچیدگی است، بر فنوتیپ‌های سلولی تأثیر می‌گذارد و تعاملات سلول-سلول را که زیربنای فرآیندهای بیولوژیکی است، به شدت محدود می‌کند. در مقابل، مدل‌های کشت سلولی سه‌بعدی به شرایط in vivo بسیار نزدیک‌تر هستند، زیرا به سلول‌ها اجازه می‌دهند تا با یکدیگر و همچنین ماتریکس خارج سلولی تعامل داشته باشند. بعلاوه، سلول‌ها در کشت سه‌بعدی قادر به تمایز عملکردی و تشکیل لایه‌هایی از انواع مختلف سلولی هستند.  کشت سلولی سه بعدی سلول‌ها را از محیط دو بعدی خارج می‌کند و به آنها اجازه می‌دهد تا تعاملات بیشتری با یکدیگر داشته باشند. جولیا کریسپیم دا فونتورا، کاندیدای دکترا در دانشگاه فدرال علوم بهداشت پورتو آلگره که از ارگانوئیدها برای مطالعه مقاومت دارویی استفاده کرده است، گفت: این فعل و انفعالات می‌توانند به روش‌های مختلف و در محیط‌های مختلف رخ دهند. از نظر شرایط کشت، کشت سلولی سه بعدی معمولاً به فاکتورهای رشد خاص و سرم کمی در محیط کشت سلولی در مقایسه با کشت سلولی دو بعدی نیاز دارد تا بتواند سلول‌های اولیه و تمایز را رشد دهد. استفاده و غلظت آنها به نوع سلول بستگی دارد.

انواع مدل‌های کشت سلولی سه بعدی

انواع کشت سلولی سه بعدی شامل کروی‌های بدون داربست، ارگانوئیدهای مبتنی بر داربست و اندام مبتنی بر میکروسیال بر روی دستگاه های تراشه است. اینها در کاربردهای تحقیقاتی بیماری مانند مطالعه ریزمحیط تومور مغزی، مدل‌سازی شرایط التهابی مانند بیماری مزمن انسدادی ریه (COPD) و بررسی سمیت دارو در شرایط آزمایشگاهی مفید هستند.

کشت سلولی کروی سه بعدی

محققان کروی‌ها را در شرایط کشت سلولی سه بعدی بدون داربست رشد می‌دهند که هیچ سطح یا ساختاری برای اتصال سلولی فراهم نمی‌کند. سلول‌هایی که نمی‌توانند به یک سطح دو بعدی بچسبند در عوض به یکدیگر متصل می‌شوند و یک توده کروی شناور به نام کروی تشکیل می‌دهند. اسفروئیدها پیچیده تر از کشت‌های سلولی 2 بعدی هستند، اما پیچیدگی کمتری نسبت به سایر مدل‌های کشت سلولی 3 بعدی، مانند ارگانوئیدها دارند.

ارگانوئیدهای کشت سلولی سه بعدی

سلول‌ها در کشت‌های سلولی سه‌بعدی مبتنی بر داربست، خود به خود جمع می‌شوند و به واحدهای ساختاری معروف به ارگانوئیدها که شبیه اندام‌های مینیاتوری هستند، می‌پیوندند. کریسپیم دا فونتورا می‌گوید: «سلول‌هایی که در [کشت ارگانوئیدی] رشد می‌کنند ساختاری دارند که می‌توانند آن‌ها را نگه دارند، اما آنها همچنین تمایل دارند انواع مختلفی از سلول‌ها را در آن ارگانوئیدها داشته باشند». این به آنها ساختاری شبیه‌تر به بافت واقعی نسبت به یک کروی می‌دهد.»

کشت سلولی سه بعدی میکروفلوئیدی: اندام روی یک تراشه

تراشه‌های میکروسیالی ریزتراشه‌هایی هستند که با یک سری کانال‌ها حکاکی شده‌اند. بافت‌های سه‌بعدی رشد یافته روی این دستگاه‌ها، اندام‌هایی را روی تراشه‌ها تشکیل می‌دهند، که ساختار و عملکرد بافت‌های انسانی را تقلید می‌کنند. فناوری‌های حسگر زیستی. مانند سایر روش‌های کشت سلولی سه‌بعدی، اندام‌های روی تراشه‌ها را نیز می‌توان با استفاده از iPSCهای خاص بیمار شخصی‌سازی کرد.

مزایای کشت سلولی سه بعدی

یکی از مزایای کلیدی کشت سلولی سه بعدی این است که شرایط بیولوژیکی واقعی را برای مطالعه بافت‌ها، اندام‌ها و بیماری‌های پیچیده در شرایط آزمایشگاهی تقلید می‌کند. ما در داخل بدن می‌بینیم، بنابراین سلول‌هایی داریم که به گونه‌ای سازمان‌دهی شده‌اند که بیشتر شبیه یک اندام است.» به عنوان مثال، ارگانوئیدها می‌توانند برای اندام‌های مختلفی از جمله مغز، کبد، ریه، کلیه، لوزالمعده، شبکیه چشم، تیروئید و معده تولید شوند و می توانند بیان ژن و پروتئین، ساختارهای بافتی و برهمکنش های سلولی آن اندام ها را به طور دقیق خلاصه کنند. از آنجایی که تکنیک‌های کشت سلولی سه‌بعدی شباهت بیشتری به شرایط in vivo دارند، می‌توانند نشانه‌های دقیق‌تری از نحوه واکنش سلول‌های انسانی به درمان‌های جدید نسبت به کشت سلولی دوبعدی یا مدل‌های حیوانی پیش‌بالینی ارائه دهند، به این معنی که می‌توانند کارایی را در کشف دارو به حداکثر برسانند و ساییدگی را کاهش دهند. کریسپیم دا فونتورا افزود: «با استفاده از این سلول‌های پرورش‌یافته سه بعدی در این نوع سنجش‌ها، حتی می‌توانید به کاهش استفاده از موش‌ها در تحقیقات کمک کنید». به‌علاوه، مدل‌های کشت سلولی سه‌بعدی مانند ارگانوئیدها و اندام‌های روی تراشه‌ها را می‌توان با غربالگری پرتوان و محتوای بالا، و همچنین زیست‌شناسی محاسباتی و یادگیری ماشینی ادغام کرد.

برنامه‌های کاربردی کشت سلولی سه بعدی

یکی از کاربردهای کلیدی کشت سلولی سه بعدی، مدل‌سازی بیماری است که فنوتیپ‌های پیچیده بیماری را بازسازی می‌کند که نمی‌توان با استفاده از تکنیک‌های کشت سلولی دوبعدی به‌طور دقیق مدل‌سازی کرد. برای مثال، محققان می‌توانند اندام‌هایی را روی تراشه‌ها ایجاد کنند که رابط آلوئولی-مویرگی در ریه‌ها را جمع‌آوری می‌کند و به آن‌ها اجازه می‌دهد تا واکنش‌های پیچیده عفونت و التهاب را مطالعه کنند. دانشمندان اغلب از کشت سلولی سه بعدی برای تحقیقات سرطان، هم برای درک ریزمحیط پیچیده تومور و هم برای مطالعه پاسخ های درمانی در شرایط آزمایشگاهی استفاده می‌کنند. برای مثال، کریسپیم دا فونتورا از تکنیک‌های کشت سلولی سه بعدی در تحقیقات خود در زمینه داروی سرطان استفاده می‌کند. او نشان داده است که مدل‌های سه‌بعدی سطوح بیان ژنی مشابه تومورها دارند و نسبت به مدل‌های دوبعدی در برابر داروهای شیمی‌درمانی مقاوم‌تر هستند. محققان همچنین در حال کار با ارگانوئیدهای تومور پیچیده برای درک ریزمحیط ایمنی تومور، و همچنین برای توسعه و آزمایش ایمنی درمانی دقیق هستند. از آنجایی که پاسخ به ایمونوتراپی توسط ناهمگونی بین توموری و مقاومت درمانی محدود می‌شود، پیش بینی پاسخ‌های خاص بیمار یک هدف کلیدی پزشکی دقیق در سرطان است. دانشمندان از ارگانوئیدهای مشتق شده از تومور سه بعدی برای غربالگری اثرات ایمونوتراپی و همچنین برای درک نقش خاص استفاده می‌کنند. سلول‌ها در حال پیشرفت یا بهبودی تومور هستند. با تحقیقات بیشتر، تکنیک‌های کشت سلولی سه‌بعدی به پل زدن شکاف‌های فعلی بین کشت‌های دو بعدی و مدل‌های in vivo ادامه می‌دهند، و پیشرفت‌هایی را در پزشکی دقیق و به حداکثر رساندن کارایی در تولید دارو ممکن می‌سازد.

پایان مطلب/.