Sa biomedikal na pananaliksik, ang pagpili sa pagitan ng 2D at 3D cell culture models ay maaaring malakihang makaimpluwensiya sa kalalabasan ng drug testing at development. Habang ang mga tradisyonal na 2D kultura ay nagbibigay ng simple at mabilis, ang 3D system ay nagbibigay ng mas pisyolohikal na kaugnay na kapaligiran na mas mabuting humuhula kung paano mag-aasal ang mga gamot sa mga nabubuhay na organismo.Ang artikulong ito ay parehong naghahambing sa parehong mga paglapit, sinusuri ang kanilang mga lakas, limitasyon, at angkop na mga aplikasyon, upang matulungan ang mga mananaliksik na piliin ang pinakamahusay na modelo para sa kanilang mga preklinikal na pag-aaral.

Pag - unawa sa 2D Cell Culture Models

Ang dalawang-dimensional (2D) na kultura ng selula ay ang karaniwang paraan ng paglago ng mga selula sa patag, mahigpit na mga ibabaw tulad ng plastik na mga putaheng Petri, multiwell plates, o glass slides. Ang mga selula ay sumusunod sa ibabaw at kumakalat, na bumubuo ng monolayer. Ang teknik na ito ay naging pundasyon ng biyolohiyang selula sa loob ng mahigit na isang siglo dahil sa pagiging simple, mababang halaga nito, at pagiging kombinatoryal na may mataas na mga platform na platform. Ang karaniwang substain ay kinabibilangan ng kulturang tisyu na nagreheat ng polysyne extracelly (Egular protocolor) o mga protinang producer.

Mga Pakinabang ng 2D Models

  • Ang pag-aalsa ng paggamit at mataas na reproduktibidad: Mga Pamantayang protocol at mga magagamit na reagent ay gumagawa sa 2D kultura na direktang upang magtatag at magkopya sa ibayo ng mga laboratoryo.
  • [kailangan ng]Lower na halaga at mas mabilis na setup: Walang espesyalisadong kagamitan para sa mga scalcture o bioreactors ang kinakailangan, na binabawasan ang parehong kapital at mga gastos sa operasyon.
  • Maaaring paganahin ang 2D kultura sa 96 na mga glope, 384°, o 1536°well plate, na nagpapahintulot ng awtomatikong robot na paghawak at mabilis na pagsubok sa libu - libong compound.
  • [[[[Catect mikroskopikong obserbasyon: Ang mga selula sa isang eroplano ay madaling makita at masuri para sa morpolohiya, pagdami, at pagpapahayag ng protina.

Mga Hangganan ng 2D mga Modelo

  • Talaan ng mga himaymay na parang arkitektura: Ang mga selula ay hindi likas na lumalaki nang patag, anupat nawawalan ng tatlong quadimensional na kayarian at mga koneksiyon ng selula na karaniwan sa mga himaymay ng vivo.
  • Ang gawi ng selulang may diperensiya: Ang ekspresyon ng Gene, metabolismo, at sensitivity ng gamot ay kadalasang naiiba sa mga nasa katawan. Halimbawa, ang mga selula ng kanser sa 2D ay maaaring labis na maghayag ng ilang mga reseptor na hindi gaanong aktibo sa mga tutmour.
  • AngPoor na prediksiyon ng episodyo ng droga: Maraming mga compound na lumilitaw na epektibo sa 2D ay nabibigo sa mga modelo ng hayop o klinikal na pagsubok dahil ang kultura ay hindi nag-ebolb ng komplikadong mikroenvironment ng mga organo o mga tumur.
  • Di - kayang pag - aralan ang hypoxia o mga nutriyenteng grobles: Sa isang patag na monolayer, ang lahat ng selula ay may pantay - pantay na makukuhang oksiheno at mga nutriyente, di - tulad sa solidong mga himaymay kung saan umiiral ang mga diffsion cloud.

Paggagalugad sa 3D Modelo ng Kultura ng Selula

Tatlong paraan ng pag - aalaga ng selula na nilalayong baguhin ang likas na kapaligiran ng mga selula sa pamamagitan ng pagpapahintulot sa mga ito na lumaki sa isang sprayal material., ito ay maaaring matamo sa pamamagitan ng mga sistema ng platform na platform na platform (e.g., hydrogels, butas - butas na mga stuffick, decellularized ECM) o mga stafficial freeper (eg., mga spheroid, organoid, nakabitingrostup cultures). 3D models mas mahusay na ginagaya sa vivo cell morphology, polaridad, at signal.

Mga Pakinabang ng 3D Models

  • Mas mainam na paggaya sa mga kondisyong vivo:[ Ang mga selula sa 3D ay bumubuo ng masalimuot na mga istraktura na may mga interaksiyong cell calcell at cell phymatrix na nakakaimpluwensiya sa kanilang pag-uugali. halimbawa, ang mga hepatocyte sa 3D sepoid ay nagpapanatili ng gawaing cytochrome P450, na ginagawa itong superior sa industribution testing.
  • Mas tumpak na representasyon ng mga tugon sa droga: Ang pag-aalsa ng droga, resistansiya, at efficial ay maaaring masuri sa ilalim ng mga kondisyon na sumasalamin sa turnour microenvironment, kabilang ang hypoxia at interstitial pressure.
  • Ang mga kulturang suspek sa pag-aaral ng mga interaksiyong cell calcell at cell calcumatrix: 3D ay nagpapangyari sa pagsisiyasat kung paano sinasalakay ng mga selula ng kanser ang mga nakapaligid na tisyu o kung paano nag-iiba ang mga stem cell bilang tugon sa mga mekanikal na pagkakakilanlan.
  • [[Talaksan] Ang pagtitiwala sa pagsubok sa hayop: Human calderived 3D models, tulad ng organic calmon calconia calculus platforms, ay maaaring pumalit sa ilang pag-aaral ng hayop habang nagbibigay ng human calcificific data.

Mga Hangganan ng 3D mga Modelo

  • Mas masalimuot at mahal: Ang mga scaffold, hydrogel, at mga espesyalisadong platong pang-kultura ay mas mahal, at ang pagtatatag ng mga kulturang reproducible 3D ay nangangailangan ng maingat na optimisasyon.
  • Lower sa pamamagitan ngput: Maraming 3D na sistema ang hindi madaling tumutugma sa awtomatikong paghawak at pag-imaging, na nagtatakda sa paggamit nito sa malaking analisis ng calcle.
  • [[Ikalawang kagamitan at kadalubhasaan:[ Mga pamamaraan tulad ng pag-print ng biyo, microfluidics, at mga sepoid confision demand training at dedikadong mga instrumento (e.g., bioreactors, confocal microscope).
  • Difficulties in imaging and analysis:[ Ang mas makapal na 3D na mga istraktura ay nagkakalat ng liwanag, na nangangailangan ng makabagong mga teknik na microscopy (concention, multiphoton) para sa visualisation, at dissociation para sa isang analisis ng calcell ay maaaring magpabago sa mga estado ng selula.
  • Tala ng pamantayang entidad: Ang mga Protocol ay lubhang nagkakaiba sa pagitan ng mga laboratoryo, gumagawa ng crosspenditibong paghahambing na hamon. Ang mga reaksyon tulad ng OECD Test Orthodons para sa 3D na modelo ng balat ay nagsisimulang talakayin ito.

Paghahambing ng 2D at 3D na Kultura sa Pagsusuri ng Droga

Ang dalawang modelong ito ay may kani - kaniyang papel sa pag - unlad ng droga, depende sa espesipikong mga tanong na itinatanong at sa yugto ng pagsasaliksik.

Mataas na Apostasya sa Pamamagitan ng Pag - aalis ng Paglilinaw at Nakalalasong Aolohiya

Para sa mga panimulang pagsusuri ng mga malalaking mga aklatan ng compound, ang 2D kultura ay nananatiling pamantayang ginto dahil sa kanilang bilis at katipiran.[0] Ang 3D modelo ay higit na ginagamit para sa sekswal na pagsusuri upang patunayan ang mga tama sa ilalim ng mas pisyolohikal na kondisyon. Ang mga tuntunin OECD para sa intelific skin reconductation[[[[[1]] ay tumatanggap ngayon ng 3D reconstrucled human epidermis para sa mga pagsubok sa hayop.

Pananaliksik at Pagdidisiplina sa Kanser

3D tumour sphereids mas mahusay na nagaya ang mga ginetic at drug resistancy ng mga solidong tumour, kabilang ang pagbuo ng necrotic core at quiescent zones. ipinakita ng mga pag-aaral na ang kalahating calmonomaximal inhibitory concentrate (IC50) ng maraming mga chemotherapeutics ay lubhang mas mataas sa 3D kultura kaysa sa 2D, na sumasalamin sa nabawasang transaksyon at binagong metabolismo na nakikita sa vivo. Halimbawa, isang 2020 sa[T:0] Ang mga ulat ng kanser [[T] [[T] [[T] ay mas mababa sa 2°SC.[0][T][0][0][T][T][T][0][T] Ang mga [[T] ay hindi gaanong na may kaugnayan sa mga [[2][0][T][0.

Personal na Gamot at Pasyenteng mga Modelong Nagagamot

Ang mga organikong – 3D kultura na nagmula sa mga tisyu ng pasyente – ay ang reberisyong prekwensiya sa onkolohiya.Itinitira nila ang mga katangiang henetiko at phenotypiko ng orihinal na tumour at maaaring gamitin upang subukin ang mga drug influential sa isang pasyenteng calvieby compatient. di tulad ng 2D cell lines, na kadalasang inaanod sa mga daanan, ang mga organoid ay nagpapanatili ng matatag na mga tugon ng gamot sa loob ng ilang mga linggo, na nakapagdururulot ng functional prece medicine.

Technical Mainations Kapag Pagpili ng Isang Modelo

Ang Pinagmumulan ng Selula at ang Kalagayan ng Kultura

Ang parehong uri ng selula ay maaaring mag-ebolb nang magkaiba sa 2D laban sa 3D. Halimbawa, ang mga pangunahing hepatocyte ay mabilis na nawawalan ng mga tungkuling pang-ekonomiya sa atay sa 2D ngunit maaaring panatilihin sa loob ng mga linggo sa 3D spheroid.[kailangan ding isaalang-alang ng mga mananaliksik ang oksiheno at nutriyenteng mga spages: sa 3D kultura, ang diffsion limited cell ay umaabot sa humigit-kumulang 200°300°00°S.

Pagpili ng Matrix at Scaffold

Ang karaniwang mga stuffles ay kinabibilangan ng MatrigelTM, collagen type I hydrogels, alginate, at sintetikong polymers. Ang bawat isa ay nag-aalok ng iba't ibang katangiang mekanikal (stiffness, equal) na nakakaimpluwensiya sa pag-uugali ng selula. Halimbawa, Ang pagiging matigas ng metaxi ay naipakitang hindi makapagmaneho ng epithelial pheto calto surgemesenchymal transition sa mga selulang kanser[, isang kritikal na prosesong metastasis na hindi maaaring pag-aralan sa plastic.

Nagbabasa si Assay

Ang mga karaniwang endpoint assay (MT, ATP biolumincence) ay gumagana sa 3D kultura pagkatapos ng maingat na optimisasyon, ngunit ang live na topcell imaging ay mas mahirap. Ang mga mananaliksik ay maaaring kailangang mamuhunan sa confocal microscopy o light threet microscopy para sa tunay na obserbasyon sa panahong quartomer.

Mga Tagubilin sa Hinaharap: Pag - aalis ng 2D at 3D

Ang mga pagsulong sa microfluidics at organic na teknolohiyang gel na phytop ay nagpapalabo sa mga linya sa pagitan ng 2D at 3D. Kadalasang pinagsasama ng mga platapormang ito ang 2D monolayers sa 3D gel na mga rehiyon upang lumikha ng mga modelong multi-compartment na gumagaya sa mga interaksiyong organoorgan. Isa pa, ang artipisyal na katalinuhan ay inilalapat sa analyse 2D high glutenent imaging data upang hulaan ang mga kalalabasan na kung hindi gayon ay nangangailangan ng 3D kultura, posibleng mas mababang halaga habang pinananatili ang pisyolohiya.

Ang isa pang lumilitaw na kausuhan ay ang paggamit ng 3D bioprinting upang mag - imbento ng reproducible, mga kayarian ng himaymay na maaaring gamitin sa pamamagitan ng mga droga.

Pagsasaayos

Walang iisang modelo ng kultura ng selula ang pansansinukob na nakahihigit sa pagsubok sa droga. 2D kultura ang nananatiling napakahalaga para sa maagang pagsusuri sa entablado, pangunahing mekanikang mga pag - aaral, at mga aplikasyon na nangangailangan ng mataas na uri ng gamot. 3D kultura ang nagbibigay ng mahalagang mga bentaha para sa mga pag - aaral na nangangailangan ng tulad - himaymay na arkitektura, mahabang pag - iingat ng mga himaymay, at klinikal na nauugnay na mga pagtugon sa droga.