Anwendungen multizellulärer Sphäroide (MCS)
Mehrzellige Sphäroide entstehen durch spontane Aggregation von Zellen in Gegenwart von Adhäsionsmolekülen, die als Cadherine bekannt sind (1). Seit ihrer ersten Implementierung im Jahr 1952 (2) dienen mehrzellige Sphäroide als effizientes 3D-Zellkulturmodell für ein breites Forschungsspektrum. Die Methoden zur Erzeugung von MCS werden anhand mehrerer Parameter wie Effizienz der Bildung, Zweckmäßigkeit, Kosten und Sphäroidgröße bewertet und standardisiert (3).
Zu den meisten traditionellen Methoden zur Bildung von MCS gehören die Flüssigkeitsüberlagerungsmethode, einschließlich der Mikrowell-Array-Methode, die Methode des hängenden Tropfens, rotierende Kolben und die Methode mit äußerer Kraft. Obwohl diese Methoden weit verbreitet sind, um MCS zu erzeugen, mangelt es ihnen an Produktionseffizienz, sie erfordern einen hohen Arbeitsaufwand und können die Sphäroidgröße nicht kontrollieren. Jüngste technologische Entwicklungen in den Bereichen Mikro-/Nanofabrikation, Zellbildgebung und Optik haben den Weg für neuartige MCS-Erzeugungsmethoden geebnet, die in der Lage sind, MCS kompatibel für Hochdurchsatz-Assays zu bilden und gleichzeitig einen umfassenderen Überblick über inter-/intrazelluläre Prozesse zu bieten, die an der MCS-Bildung beteiligt sind. (3).
Anwendungen von MCS
1. Tumorforschung
MCS sind ein ideales Modell für die Tumorforschung, da sie die gemeinsame Kultivierung mehrerer Zelltypen ermöglichen, um heterogene Sphäroide zu bilden, die in vivo ähnliche Zell-Zell- und Zell-ECM-Interaktionen widerspiegeln. Typischerweise replizieren Tumorzellen, die zusammen mit Fibroblasten und Endothelzellen kultiviert werden, die in vivo-ähnliche komplexe Zellumgebung. Diese MCS können tumorspezifisches Zellverhalten wie Angiogenese, Zellinvasion und Metastasierung anzeigen (4-6).
2. In-vitro-Arzneimittelscreenings
Arzneimittelscreenings sind ein wichtiger Schritt bei der Entwicklung neuer Medikamente, der durchgeführt werden muss, bevor ein Medikament die klinische Testphase erreicht. Traditionell wurde das Arzneimittelscreening an 2D-Zellkulturmodellen durchgeführt. Obwohl diese Modelle immer noch nützlich sind, führen sie in Studien zu einer geringen Wirksamkeit, da es ihnen an Zell-Zell- und Zell-ECM-Wechselwirkungen mangelt. Das MCS-Modell hat sich daher als ideal für das Wirkstoffscreening, insbesondere für Antitumormedikamente, erwiesen. Arzneimittel wie Doxorubicin, Cisplatin und Paclitaxel sind einige Beispiele, bei denen MCS erfolgreich zur Untersuchung der Arzneimittelresistenz und -empfindlichkeit eingesetzt wurde (3,8).
3. Gewebetechnik
Tissue Engineering kann in der regenerativen Medizin eingesetzt werden, um Gewebe oder Organe aufzubauen und beschädigte zu ersetzen. Hydrogele werden für diesen Zweck aufgrund ihrer Kompatibilität und biologischen Abbaubarkeit routinemäßig als Gerüst verwendet (9).
4. Antitumorreaktion von Immunzellen
Die Anti-Tumor-Aktivität von Immunzellen wird größtenteils durch T-Zellen und natürliche Killerzellen (NK) vermittelt. MCS-Kulturen werden in Studien zur Krebsimmuntherapie speziell verwendet, um die Funktion und Effizienz der Immunantwort auf das Vorhandensein von Tumorzellen zu untersuchen (10).
Bibliographie
1. 1. Lin, RZ; Chou, LF; Chien, CC; Chang, HY Dynamische Analyse der Bildung von Hepatomsphäroiden: Rollen von E-Cadherin und Beta1-Integrin. Zellgeweberes. 2006, 324, 411–422.
2. Moscona, A.; Moscona, H. Die Dissoziation und Aggregation von Zellen aus Organrudimenten des frühen Hühnerembryos. J. Anat. 1952, 86, 287–301.
3. Shen, H.; Cai, S.; Wu, C.; Yang, W.; Yu, H.; Liu, L. Jüngste Fortschritte in der dreidimensionalen mehrzelligen Sphäroidkultur und zukünftige Entwicklung. Mikromaschinen 2021, 12, 96.
4. Noel, P.; Munoz, R.; Rogers, GW; Neilson, A.; Von Hoff, DD; Han, H. Vorbereitung und Stoffwechseltest von dreidimensionalen Sphäroid-Kokulturen von Bauchspeicheldrüsenkrebszellen und Fibroblasten. J. Vis. Exp. 3, 2017.
5. Chiew, GGY; Wei, N.; Sultania, S.; Lim, S.; Luo, KQ Biotechnische dreidimensionale Co-Kultur von Krebszellen und Endothelzellen: Ein Modellsystem für die duale Analyse von Tumorwachstum und Angiogenese. Biotechnologie. Bioeng. 2017, 114, 1865–1877.
6. Kim, SA; Lee, EK; Kuh, HJ Co-Kultur von 3D-Tumorsphäroiden mit Fibroblasten als Modell für den epithelial-mesenchymalen Übergang in vitro. Exp. Zelle. Res. 2015, 335, 187–196.
7. Neto, AI; Correia, CR; Oliveira, MB; Rial-Hermida, MI; Alvarez-Lorenzo, C.; Reis, RL; Mano, JF Ein neuartiges hängendes kugelförmiges Tropfensystem zur Erzeugung zellulärer Sphäroide und zum kombinatorischen Arzneimittelscreening mit hohem Durchsatz. Biomaterial. Wissenschaft. 2015, 3, 581–585.
8. Akay, M.; Nguyen, DT; Fan, Y.; Akay, YM entwickelt eine dreidimensionale In-vitro-Arzneimitteltestplattform für Glioblastome. J. Nanotechnologie. Ing. Med. 2015, 6
9. Huang, CC; Chen, DY; Wei, HJ; Lin, KJ; Wu, CT; Lee, TY; Hu, HY; Hwang, SM; Chang, Y.; Sung, HW Hypoxie-induzierte therapeutische Neovaskularisation in einem Mausmodell einer ischämischen Extremität unter Verwendung von Zellaggregaten aus HUVECs und cbMSCs. Biomaterialien 2013, 34, 9441–9450.
10. Courau, T.; Bonnereau, J.; Chicoteau, J.; Bottois, H.; Bemerkung, R.; Assante Miranda, L.; Toubert, A.; Blery, M.; Aparicio, T.; Allez, M.; et al. Kokulturen menschlicher kolorektaler Tumorsphäroide mit Immunzellen zeigen das therapeutische Potenzial von MICA/B und NKG2A-Targeting für die Krebsbehandlung. J. Immunother. Krebs 2019, 7, 74
