2d 및 3d Cell Culture Models를 이용한 의약품 검사

이 연구에서는, 2D와 3D 세포 문화 모델 사이의 선택은 극적으로 약물 테스트 및 개발의 결과를 영향을 미칠 수 있습니다. 전통적인 2D 문화는 단순성 및 속도를 제공하면서 3D 시스템은 더 나은 약물이 살아있는 생물체에서 행동하는 방법을 예측하는 더 생리적 관련 환경을 제공합니다. 이 기사는 두 가지 접근법을 비교하고, 강점, 제한 및 적절한 응용 프로그램을 시험하여 연구원들은 임상 연구에 최적의 모델을 선택하도록 돕습니다.

2D Cell Culture Models를 이해하는

2차원(2D) 세포 문화는 플라스틱 애완 동물 접시, 다벽 판 또는 유리 슬라이드와 같은 평평하고 엄밀한 표면에 성장하는 세포의 전통적인 방법입니다. 세포는 표면과 퍼짐에, 단층 형성합니다. 이 기술은 그것의 단순성, 저가 및 고선량 검열 플랫폼과 겸용성 때문에 세기 동안 세포 생물학의 뒤뼈가 되었습니다. 일반적인 기질에는 조직 문화에 의하여 떨어질 수 있는 polystyrene 및 유리 섬유 (Mxri 섬유)와 같은 섬유 섬유 (Mxri 섬유)와 같은 섬유를 가진 광택이 있는 유리 섬유를 포함합니다.

2D 모델의 장점

사용 및 고충도의 용이성:표준화 프로토콜과 상업적으로 사용 가능한 시약은 실험실에서 설정하고 복제하기 위해 2D 문화를 똑똑하게 만듭니다.
낮은 비용과 빠른 설정: 비계나 생물 자원자를 위한 전문 장비가 필요 없으며, 자본과 운영 비용을 절감합니다.
높은 처리량 심사에 적합:] 2D 문화 96‐, 384‐, 또는 1536‐well 판에서 배열 될 수 있습니다, 자동화 로봇 취급 및 수천의 화합물의 급속한 테스트 허용.
Direct microscopic 관측: 단일 평면의 셀은 변종, 유감, 단백질 표정을 위해 이미지 및 분석에 쉽게.

2D 모델의 제한

조직과 같은 건축의 부족: 세포는 비자연적으로 평평하게 성장하고, 비보 조직에서 3차원 구조와 세포 세포 세포 접촉을 잃습니다.
Altered cell behavior: 유전자 표현, 물질 대사, 약물 감도는 신체의 사람들에서 종종 다릅니다. 예를 들어, 2D의 암 세포는 종양에서 덜 활성되는 특정 수용체를 과외 할 수 있습니다.
약 효능의 효능 예측:양식 모델이나 임상시험에서 2D에서 유효하게 나타나는 많은 화합물은 조직이나 tumours의 복잡한 미생물을 복제하지 않기 때문에 동물 모델이나 임상시험에서 실패합니다.
]저혈증이나 영양분을 연구하는 기능:] 평면 단층에서, 모든 세포는 산소와 영양소에 동등하게 접근하여, 유포염이 존재하는 고체 조직과는 달리.

3D Cell Culture Models를 탐험

3차원(3D) 세포 문화 방법은 공간 매트릭스에서 성장할 수 있도록 세포의 자연 환경을 재현하는 것을 목표로 합니다. 이것은 비계 기반 시스템(예: 하이드로젤, 다공성 비계, 탈세포화 ECM) 또는 비계 ‐ 자유 시스템(예: spheroids, organoids, 거는 ‐drop 문화)을 통해 달성될 수 있습니다. 3D 모델은 비보 세포 형태학, 극성, 다른 신호 및 신호에 더 밀접한 mimic를 만듭니다.

3D 모델의 장점

)보벗 조건에서 더 나은 mimicry:] 세포 세포와 세포의 결합 구조에 세포의 세포와 세포의 ‐마트릭스 상호 작용을 영향. 예를 들어, 3D 스파이더로이드에 있는 헤파토세포는 세포 독성 테스트를 위해 우량한 그들을 만들기, 세포를 P450 활동을 유지합니다.
]약 응답의 더 정확한 표현:약 침투, 저항, 및 효능은 hypoxia와 interstitial 압력을 포함하여 tumour microenvironment를 거울하는 조건 하에서 평가될 수 있습니다.
세포와 세포의 상호 작용을 연구하기 위해 사용:] 3D 문화는 암세포가 주변 조직을 어떻게 뚫는지 조사하거나 기계 cues에 응답하는 줄기세포가 어떻게 다른지 가능하게 합니다.
동물 실험에 대한 재해를 재현: 인간 습득 3D 모델, 기관에 칩 플랫폼과 같은, 인간 의 특정 데이터를 제공하면서 일부 동물 연구 대체 할 수 있습니다.

3D 모델의 제한

고성 및 비용: 비계, 하이드로젤 및 특수 문화 판은 더 비싸고, 재현 가능한 3D 문화를 수립하는 것은 주의적인 낙관을 요구합니다.
Lower throughput: 많은 3D 시스템은 자동화된 액체 취급과 이미징과 호환되지 않고, 대규모 선별에 사용 제한.
특별한 장비 및 전문 지식:] 바이오 프린팅, 마이크로플래시믹, 스헬로이드 형성 수요 훈련 및 전용 장비와 같은 기술 (예: 바이오리스터, confocal 현미경).
영상 및 분석에 대한 디피니티:] 두꺼운 3D 구조의 흩어져 빛, 고급 현미경 검사 기술 (confocal, multiphoton)을 필요로 하는 고급 마이크로 복사 기술 (confocal, multiphoton)을 필요로 하는 단일 셀 분석에 대한 디커레이션은 세포 상태를 변경할 수 있습니다.
표준화의 부족: 프로토콜은 실험실과 교차로의 비교를 도전하는 것과 다를 수 있습니다. 3D 피부 모델의 OECD 시험 가이드라인과 같은 이니셔티브는 이것을 해결하기 시작합니다.

2D 및 3D 문화를 약국에 비교

두 모델은 약물 개발 파이프라인에 구별 된 역할을합니다. 선택은 요청한 특정 질문에 따라 연구 단계에 따라 다릅니다.

높은 처리량 검열 및 독성학

대형 화합물 라이브러리의 초기 상영을 위해 2D 문화는 속도와 확장성 때문에 금 표준을 유지. 그러나, 3D 모델은 점점 더 생리적 조건에서 눈에 띄는 것으로 입증되는 보조 심사에 사용됩니다. 독성 테스트에서, OECD 가이드라인은 생체 피부 부식]는 지금 3D 재구성 된 인간 표피 모델에 동물 검사에 대한 대체로 허용.

암 연구 및 치료

3D tumour spheroids는 중성 핵심 및 quiescent 지역의 형성을 포함하여 고체 tumours의 성장 kinetics 및 약 저항을 더 잘 복제합니다. 연구에는 많은 화학 물질의 반 -maximal 억제 농도 (IC50)가 2D보다 3D 문화에서 크게 높다는 것을 보여주었습니다. 예를 들어, 2020 연구는 [[[[FLT]] [FLT :] [FLT]]] [FLT : [FLT]]]] [FLT :]]] [F]]] [F]]]] [F]]] [F]]]]]] [FLT]]]]]]] [F]]]]]]] [F]]]]]]]]]] [[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]

개인화 된 의학 및 환자 ‐ 치과 모델

Organoids – 환자 조직에서 파생된 3D 문화 – 혁명적인 정밀도 종양학입니다. 그들은 본래 tumour의 유전 그리고 현상 특성을 유지하고 환자에 의하여 일시적인 기초에 약 감각을 시험하기 위하여 사용될 수 있습니다. 통행에 수시로 편류하는 2D 세포 선과는 달리, organoids는 기능적인 정밀도 약을 가능하게 하는 몇몇 주 동안 안정되어 있는 약 응답을 유지합니다.

기술적인 고려사항 모델 선택

세포 근원과 문화 조건

동일한 세포 유형은 2D versus 3D에서 아주 다르게 행동할 수 있습니다. 예를 들면, 2D에 있는 간 특정한 기능을 급속하게 잃고 그러나 3D spheroids에 있는 주 동안 유지될 수 있습니다. 연구자는 또한 산소와 양분 gradients를 고려해야 합니다: 3D 문화에서, 확산 한계 세포 viability는 표면에서 대략 200‐300 μm에, 더 큰 건설을 위한 생물 자원의 사용을 요구할지도 모릅니다.

Matrix 및 비계 선택

일반적인 비계는 MatrigelTM, 교원질 유형 I hydrogels, alginate 및 합성 중합체를 포함합니다. 각 제안은 세포 행동에 영향을 미치는 다른 기계적 성질 (절감, 신축성)를 제안합니다. 예를 들면, matrix 뻣뻣함은 암세포 에 있는 epithelial ‐ mesenchymal 전이를 몰기 위하여 보였습니다, 2D 플라스틱에서 공부할 수 없는 대사에 있는 중요한 과정.

분석 Readouts

MTT, ATP 바이오 루미네이팅은 3D 문화를 위한 표준 엔드포인트 분석실험(MTT, ATP 바이오 루미네이팅) 작업이 중요하고 있지만, 실시간 관찰을 위한 자신감을 가지는 실시간 관찰을 위한 자신감을 가지는 연구자들이 필요합니다. 또한, 3D 구조에서 mRNA 및 단백질 추출은 현재 3D 문화를 위해 설계된 효율적인 상용 키트가 있습니다.

미래 방향: 2D 및 3D를 밝히기

마이크로플루엔드 및 장기에 있는 진보적인 기술은 2D와 3D 사이 선을 blurring입니다. 이 플랫폼은 수시로 3D 젤 지구를 가진 2D monolayers를 결합하고 조직 조직 개편 상호 작용을 가장하는 다 구획 모형을 창조하기 위하여 결합합니다. 게다가, 인공 지능은 해석에 적용되고 2D 높 내용 화상 진찰 자료는 다른 3D 문화, 잠재적으로 더 낮은 비용이 생리적인 relevance를 유지하고 있는 동안.

또 다른 신흥 추세는 3D 생체 인식의 사용으로 재현성, 혈관 조직은 약물과 주입 될 수 있습니다. 이 시스템은 3D 조직의 건축 복잡성과 2D 도금의 재현성을 결합하고, FDA]와 같은 기관에 의해 ] 규칙적 자격에 채택되고 있습니다.