Coltura cellulare 3D

Tecniche di coltura cellulare 3D basate su scaffold

Nella coltura basata su scaffold, le cellule sono supportate in tutte le dimensioni da una struttura artificiale o da una rete polimerica nota come idrogel. Queste reti idrofile possono contenere oltre il 90% di acqua e possono essere composte da proteine della matrice extracellulare (ECM) di derivazione animale, oppure sono disponibili come formulazioni sintetiche prive di animali. Le cellule sono incorporate negli idrogel per simulare la matrice extracellulare in vivo.

I cosiddetti scaffold "duri" possono anche essere creati utilizzando colture specializzate con strutture fibrose o spugnose, spesso composte da materiali biodegradabili come il policaprolattone o il polistirene otticamente trasparente per ottimizzare l'imaging. Sebbene questi supporti fabbricati siano meno simili alla ECM in vivo, possono migliorare la riproducibilità e facilitare il recupero delle cellule dalla coltura.

Sistemi di coltura cellulare 3D senza supporto

Quando le cellule non vengono coltivate su supporti, possono formare aggregati 3D chiamati sferoidi, che secernono la propria ECM per diventare più simili ai tessuti solidi nativi. Esempi comuni sono le sfere tumorali, che consentono di studiare i gradienti di ossigeno e l'accesso ai nutrienti nella formazione dei tumori. La coltura di sferoidi è spesso preferita per lo screening di composti ad alto rendimento nello sviluppo di farmaci e in tossicologia, dove gli sferoidi presentano modelli biologicamente più rilevanti rispetto alle colture 2D. La coltura di sferoidi può essere ottenuta in ambienti diversi, tra cui micropiastre a basso attacco, bioreattori e sistemi di coltura microfluidica. Sia i sistemi con impalcatura che quelli senza impalcatura consentono l'interazione in tutte le direzioni con il substrato, le altre cellule e i fattori extracellulari.

Applicazioni avanzate della coltura cellulare 3D

I sistemi cellulari 3D avanzati consentono ai ricercatori un ibrido tra l'accessibilità delle tecniche classiche di coltura cellulare 2D e la rilevanza biologica dei modelli animali in vivo, con minori preoccupazioni etiche. Recentemente, l'uso di metodi avanzati di coltura cellulare 3D, come sferoidi tumorali, organoidi derivati da cellule staminali e pazienti e ingegneria tissutale tramite bioprinting 3D con cellule e bioink, è stato implementato per modellare più da vicino le risposte cellulari in vivo. Gli organoidi derivati da cellule iPS sono diventati disponibili in commercio per tessuti selezionati, aumentando il potenziale di riproducibilità e accelerando i risultati rispetto agli organoidi coltivati in laboratorio.