Blutzellen in 3D-Zellkultur

In den letzten Jahrzehnten gab es einen starken Wandel von zweidimensionalen Zellkulturen hin zu 2D-Zellkultursystemen als Laborinstrument zur Nachbildung der Morphologie nativer menschlicher Gewebe. 3D-Zellkultursysteme stellen für das Knochenmark aufgrund seiner einzigartigen Struktur und komplexen mechanischen Eigenschaften innerhalb der Knochenhöhle eine große Herausforderung dar (Knight und Przyborski, 3).

Entwicklung verschiedener Blutzellen

Das menschliche Blut besteht aus roten Blutkörperchen (Erythrozyten), weißen Blutkörperchen (Leukozyten) und Blutplättchen (Thrombozyten). Diese drei Zelltypen machen 3 % des gesamten Blutvolumens aus, die restlichen 45 % bestehen aus Plasma. Hämatopoese ist der Prozess der Bildung von Blutzellen aus hämatopoetischen Stammzellen (HSC), die sich im Mark des Knochenmarks befinden. Es wird stark durch lösliche Faktoren und Umweltfaktoren reguliert, die in einem Rahmen namens hämatopoetische Nische zusammenarbeiten (Birbrair et al., 55). Die Endstadien der Hämatopoese werden streng durch verschiedene Umwelteinflüsse gesteuert, zu denen Zell-Zell- und Zell-Matrix-Interaktionen gehören. Die Produktion von Blutplättchen und Erythrozyten wird durch die Zusammensetzung und Steifheit der extrazellulären Matrix beeinflusst (Rieger et al., 2016). Andererseits spielt die Tumormikroumgebung bei Krebserkrankungen eine wichtige Rolle bei hämatologischen Malignomen (Burger et al., 2009). Daher ist eine genaue Darstellung des Knochenmarks und die Nachahmung seiner Mikroumgebung von großem Wert für grundlegende physiologische Studien der Erythrozytenproduktion, der Transfusionsmedizin sowie der Forschung zu Krebs- und Immunsystemstörungen (Di Buduo et al., 2009).

Modifizierbare 3D-Zellkultursysteme

Zu diesem Zweck wurden mehrere 3D-Zellkultursysteme entwickelt, die mikrofluidische Geräte umfassen. 3D-Bioreaktoren (bewegt oder gerührt) wurden bei der großtechnischen Produktion von Erythrozyten und Blutplättchen in der Transfusionsmedizin eingesetzt (Di Buduo et al., 2021). In einem pathologischen Kontext können Tumorzelllinien wie RPMI (B-Lymphozyten-Myelom-Zelllinien) effizient als Sphäroidaggregate kultiviert werden, um die Tumorumgebung effektiv nachzuahmen (Lee et al, 2020). 3D-Zellkultursysteme sind ein sich schnell entwickelndes Feld, das vielversprechend für die Zukunft zielgerichteter Therapien sowie für die Arzneimittelentwicklung bei hämatologischen Krebsarten ist.

Bibliographie

  • Knight E, Przyborski S.. Fortschritte in 3D-Zellkulturtechnologien, die die Erzeugung gewebeähnlicher Strukturen in vitro ermöglichen. J Anat. 2015; 227(6):746-756.
  • Birbrair, Alexander; Frenette, Paul S. (1. März 2016). „Nischenheterogenität im Knochenmark“. Annalen der New York Academy of Sciences. 1370 (1): 82–96.
  • Rieger MA, Hoppe PS, Smejkal BM, Eitelhuber AC, Schroeder T.. Hämatopoetische Zytokine können die Wahl der Abstammungslinie beeinflussen. Wissenschaft. 2009; 325(5937):217-218.
  • Burger JA, Ghia P, Rosenwald A, Caligaris-Cappio F. Die Mikroumgebung bei reifen B-Zell-Malignitäten: ein Ziel für neue Behandlungsstrategien. Blut. 2009;114(16):3367-3375.
  • Di Buduo CA, Aguilar A, Soprano PM, Bocconi A, Miguel CP, Mantica G, Balduini A. Neueste Kulturtechniken: Die Geheimnisse des Knochenmarks knacken, um Erythrozyten und Blutplättchen in Massenproduktion herzustellen
  • Lee, YJ., Park, KS., Baek, BJ et al. Apoptose- und Nekroptose-induzierende Wirkungen von Arctigenin auf RPMI-2650-Zellen des Nasenseptumkarzinoms in 2D- und 3D-Kultur. Mol. Zelle. Toxicol. 16, 1–11 (2020)