Trong nghiên cứu sinh học, sự lựa chọn giữa văn hóa tế bào 2D và 3D có thể ảnh hưởng mạnh mẽ đến kết quả của việc thử nghiệm và phát triển thuốc. trong khi các nền văn hóa 2D truyền thống cung cấp sự đơn giản và tốc độ, hệ thống 3D cung cấp một môi trường sinh lý thích hợp hơn để dự đoán cách thuốc tốt hơn sẽ tác động đến các sinh vật sống. bài báo này so sánh cả hai phương pháp, xem xét ưu điểm, giới hạn, và các ứng dụng thích hợp, để giúp các nhà nghiên cứu chọn mô hình tối ưu cho các nghiên cứu trước khi họ nghiên cứu.

Hiểu được các mô hình văn hóa hai chiều của tế bào

Văn hóa tế bào 2 chiều là phương pháp truyền thống để nuôi cấy tế bào trên bề mặt phẳng, cứng như đĩa nhựa, đĩa đa lớp, hoặc các tấm kính. Các tế bào bám vào bề mặt và lan rộng ra ngoài, tạo thành một máy tách đơn sắc. kỹ thuật này là xương sau của tế bào sinh học trong một thế kỷ vì tính đơn giản, giá thấp, và tương thích với nền tảng duyệt qua nhiều loại kính.

Lợi thế của mô hình 2 chiều

  • Giá trị sử dụng và tính khả năng cao: ) các giao thức được chuẩn hóa và các giao thức thương mại có sẵn làm cho các nền văn hóa 2D dễ dàng để thiết lập và sao chép qua các phòng thí nghiệm.
  • Chi phí cao và thiết lập nhanh hơn: [FLT: 1) Không cần thiết bị chuyên dụng cho giàn giáo hoặc máy sinh học, giảm chi phí vốn và hoạt động.
  • Khả năng xem xét kỹ lưỡng cao: nền văn hóa 2 chiều có thể được mặc quần áo trong 96 độ, 384 đĩa, hoặc 1536 đĩa, cho phép xử lý robot tự động và thử nghiệm nhanh hàng ngàn hợp chất.
  • Nhận xét vi mô: Các tế bào trong một mặt phẳng thì dễ hình dung và phân tích hình thái học, sự phát triển và biểu hiện protein.

Giới hạn của các mô hình 2D

  • Mô mô mô mô cấu trúc giống như: tế bào phát triển một cách không tự nhiên, mất cấu trúc ba chiều và tế bào tế bào liên lạc tiêu biểu trong mô vivo.
  • Cách ứng xử bị thay đổi của tế bào: biểu hiện gen, sự trao đổi chất và sự nhạy cảm thuốc thường khác với những tế bào ung thư trong 2D có thể làm tăng khả năng thụ cảm trong cơ thể.
  • Dự đoán về hiệu quả thuốc ) nhiều hợp chất xuất hiện hiệu quả trong 2D thất bại trong mô hình động vật hoặc thử nghiệm lâm sàng bởi vì văn hóa không sao chép lại sự phức tạp của các cơ quan nội tạng hoặc khối u.
  • Không thể nghiên cứu về giảm oxy hoặc chất dinh dưỡng: ) Trong một máy đơn âm phẳng, tất cả các tế bào đều có thể tiếp cận với oxy và chất dinh dưỡng, không giống như trong các mô rắn nơi sự khuếch tán có sự chuyển đổi.

Kích nổ mô hình văn hóa tế bào ba chiều

Phương pháp văn hóa tế bào ba chiều (3D) nhằm tái tạo môi trường tự nhiên của tế bào bằng cách cho phép chúng phát triển trong một ma trận không gian. Điều này có thể đạt được qua hệ thống dựa trên giàn giáo (v. d., hydrogels, giàn giáo xốp, hệ thống phân hủy ECM) hoặc hệ thống không có giàn giáo (v. d., sphepoids, pipoid, treo nền văn hóa giọt) gần hơn trong hình dạng tế bào vivo, cực, khác biệt và tín hiệu.

Lợi thế của mô hình 3D

  • tốt hơn là bắt chước trong điều kiện vivo: tế bào trong cấu trúc phức tạp với tế bào tế bào tế bào và tế bào thần kinh tương tác với tế bào thần kinh ảnh hưởng đến hành vi của chúng. Ví dụ, các tế bào thần kinh trong 3D sphepoids vẫn còn hoạt động cychorcome P450, làm cho chúng vượt trội hơn các hoạt động thử nghiệm độc hại gan.
  • đại diện chính xác hơn cho các phản ứng thuốc: ma túy xâm nhập, kháng cự và hiệu quả có thể được đánh giá dưới những điều kiện phản ánh sự vi mô của cơ thể, bao gồm chứng giảm huyết áp và áp suất liên quan.
  • , dùng khả năng nghiên cứu tế bào tế bào và tế bào tương tác với nhau: Các nền văn hóa 3D cho phép nghiên cứu cách tế bào ung thư xâm nhập các mô xung quanh hoặc tế bào gốc khác nhau thế nào khi phản ứng với các dấu hiệu cơ học.
  • Sự phụ thuộc vào thử nghiệm động vật: ) mô hình 3D của con người, chẳng hạn như cơ quan sinh dục (FLT: 0] có thể thay thế một số nghiên cứu động vật trong khi cung cấp dữ liệu đặc trưng của con người.

Giới hạn của mô hình 3D

  • Sự phức tạp và chi phí cao hơn: Scaffolds, hydrogels và các bản đồ văn hóa chuyên biệt tốn kém hơn, và thiết lập lại nền văn hóa 3D có khả năng tái sử dụng cần thiết cẩn thận tối ưu hóa.
  • Bật/tắt:) Nhiều hệ thống 3 chiều không dễ dàng tương thích với việc tự động xử lý và chụp ảnh, hạn chế sử dụng chúng trong việc quét theo quy mô lớn.
  • Thiết bị và chuyên môn đặc biệt: Kỹ thuật hóa như in sinh học, vi lỏng, và hình cầu được đào tạo và dụng cụ phân loại (v., sinh học hóa, kính hiển vi co đúc).
  • Những cấu trúc hình ảnh và phân tích: [FLT:] kiến trúc 3 chiều dày hơn có thể phân tích ánh sáng, yêu cầu kỹ thuật vi mô tiên tiến (sofocal, multiphoton) để thay đổi hình ảnh hóa, và sự phân tích tế bào đơn có thể thay đổi trạng thái tế bào.
  • Giao thức chuẩn hóa: Giao thức khác nhau giữa phòng thí nghiệm, tạo ra sự so sánh vượt qua các phép so sánh khó khăn. Những cách thức như đường dẫn thử nghiệm OECD cho các mô hình da 3D đang bắt đầu giải quyết vấn đề này.

So sánh văn hóa 2 chiều và 3 chiều để thử thuốc

Sự lựa chọn tùy thuộc vào những câu hỏi cụ thể và giai đoạn nghiên cứu.

Ảnh chụp màn hình cao cấp và độc tố

Để bắt đầu xem xét các thư viện hợp chất lớn, các nền văn hóa 2D vẫn còn tiêu chuẩn vàng do tốc độ và khả năng tăng trưởng của chúng. Tuy nhiên, các mô hình 3D ngày càng được sử dụng để kiểm tra lần thứ hai để xác thực những cú va chạm dưới những điều kiện sinh lý học khác.

Nghiên cứu ung thư và hóa trị liệu

Các cuộc nghiên cứu cho thấy rằng sự tập trung nửa chất ức chế cơ thể (IC50) của nhiều phương pháp hóa trị là cao hơn đáng kể trong các nền văn hóa 3D, phản ánh sự thâm nhập ít và trao đổi chất được nhìn thấy trong vivo. Lấy thí dụ, 20 cuộc nghiên cứu trong [FT: 0] báo cáo [FL: 1] [FL] [FL] [T] của các phương pháp hóa trị liệu hóa trị liệu cao hơn rất nhiều trong các nền văn hóa 3D, phản ánh sự thâm nhập của tế bào ít hơn tế bào ung thư dạng vi mô hình ở vi mô.

Những mô hình cá nhân và bệnh nhân được dùng

Các mẫu hình di truyền học và địa hình của tuyến vú ban đầu có thể được dùng để thử nghiệm các chất nhạy cảm trong thuốc trên cơ sở bệnh nhân của bệnh nhân. Khác với các dòng tế bào 2D thường bị trôi dạt qua các đoạn, các cơ quan có phản ứng ổn định trong nhiều tuần, giúp cho việc sử dụng thuốc có hiệu quả.

Những sự suy xét kỹ thuật khi chọn một gương mẫu

Nguồn gốc và điều kiện văn hóa

Loại tế bào tương tự có thể hoạt động rất khác nhau trong 2D so với 3D. Chẳng hạn, các tế bào sơ cấp bị mất chức năng đặc trưng gan trong 2D nhưng có thể duy trì trong nhiều tuần trong các tiểu cầu 3D. Các nhà nghiên cứu cũng phải xem xét lượng oxy và chuyển đổi dinh dưỡng dinh dưỡng: trong văn hóa 3D, giới hạn tế bào phát tán có thể mất khoảng 200G300 i-quang trên bề mặt, có thể cần thiết phải sử dụng các chất tạo hóa sinh học để xây dựng lớn hơn.

Name

Các giàn giáo thông thường gồm MatrigelTM, type I hydrogels, alginate và tổng hợp. Mỗi giá trị cơ khí khác nhau (sự dẻo dai, co giãn) ảnh hưởng đến hành vi của tế bào. Chẳng hạn, [FLT: 0] Ma trận [FLT: 0] được hiển thị để điều khiển sự chuyển đổi biểu mô đến tế bào ung thư [FL: 1], một quá trình quan trọng trong di căn không thể nghiên cứu bằng chất dẻo.

Những lời đọc trong sách

Các nhà nghiên cứu có thể cần đầu tư vào các tiểu đường nhỏ hoặc các bản sao nhỏ để quan sát thời gian thực. Hơn nữa, việc phân tích protein và chụp cộng hưởng từ 3D có thể không hiệu quả. Các bộ phận thương mại được thiết kế cho các nền văn hóa 3D có sẵn sàng.

Hướng tương lai: Chia nhỏ 2 chiều và 3 chiều

Những bước tiến trong công nghệ vi lỏng và cơ quan sinh vật mô phỏng sự tương tác giữa 2D và 3D. Những nền tảng này thường kết hợp những người đơn sắc 2 chiều với các vùng gel 3D để tạo ra nhiều mô hình đa bộ phận mô phỏng sự tương tác cơ quan. Hơn nữa, trí thông minh nhân tạo đang được áp dụng để phân tích dữ liệu hình ảnh cao 2D để dự đoán kết quả sẽ cần những nền văn hóa 3D, có khả năng giảm thiểu các mô hình sinh lý học.

Một xu hướng mới nổi khác là việc sử dụng bản in 3D để chế tạo những mô có khả năng tái tạo, có thể được cấu tạo mạch máu để hòa trộn với thuốc.

Kết luận

Không có mô hình văn hóa tế bào nào có giá trị hơn hẳn so với việc kiểm tra thuốc. các nền văn hóa 2D vẫn cần thiết cho các cuộc kiểm tra giai đoạn đầu, các phương pháp cơ bản, và các ứng dụng cần phải vượt qua cao. 3D các nền văn hóa cho các cuộc nghiên cứu đòi hỏi sự kiến trúc mô như mô, bảo trì lâu dài, và các phương pháp lâm sàng có liên quan đến việc sử dụng cả hai phương pháp: sử dụng 2D để tính toán hợp lý và 3D ban đầu cho sự hiểu biết sâu sắc về cơ học. bằng cách hiểu biết về sức mạnh và điểm yếu của mỗi phương pháp, các nhà nghiên cứu có thể thiết kế tiên đoán chính xác về sự chính xác trong khi quản lý và tính toán.