Sphäroidkultursystem: Vorteile und Mechanismus

Das Sphäroidkultursystem ist ein revolutionäres 3D-Zellkultursystem, das relativ wenig Technik erfordert, einfach zu bedienen und leicht reproduzierbar ist. Das Sphäroidsystem unterstützt die Bildung einer in vivo-ähnlichen Zellstruktur, in der die Zellen ihren nativen Phänotyp und die Wechselwirkungen mit der extrazellulären Matrix (ECM) beibehalten (1-2).

Vorteile

– Die Sphäroidkultur fördert die in-vivo-ähnliche Expression von Transkriptionsfaktoren, z. B. Stammzellen.

– Weist im Vergleich zu herkömmlichen Monoschichtkulturen ein höheres Maß an Proteinexpression und anderen Mediatoren auf, die die Proliferation, Lebensfähigkeit und Migration von Zellen beeinflussen

– Sphäroide Tumorzellen weisen eine bemerkenswerte Ähnlichkeit mit der nativen Zellstruktur auf, was wiederum übersetzbare Daten für Hochdurchsatz-Wirkstoffscreenings liefert.

Nachteile

Sphäroid Zellkultursysteme besteht in der Regel aus einem Diffusionsgradienten, da die Größe und Form der Sphäroide zunimmt. Dies kann zu einem Mangel an Nährstoffen im Kern des Sphäroids führen und somit die Lebensfähigkeit der Zellen beeinträchtigen. Je größer das Sphäroid, desto weniger Nährstoffe können in den Kern des Sphäroids gelangen (1-2).

Mechanismen der Sphäroidbildung

In einer normalen Zellkultursuspension aggregieren Zellen und beginnen mit dem Prozess der Selbstorganisation, was bedeutet, dass einzelne Zellen beginnen, mehrzellige Sphäroide zu bilden. Dies ist ein normales physiologisches Phänomen, das häufig während der Embryogenese, Morphogenese und Organogenese auftritt. Die Selbstorganisation wird durch verschiedene Faktoren beeinflusst, darunter: Gradient der im Kulturmedium vorhandenen Nährstoffe, Sauerstoff und Wachstumsfaktoren, zelluläre parakrine Faktoren, zunehmende Größe von Sphäroiden während der Kultur, Produktionsrate und Verbrauch von Faktoren, die für die Adhäsion und Differenzierung erforderlich sind Zellen, die mehrzellige Sphäroidformationen beeinflussen. Beispielsweise die Menge an produzierten Integrinen und Cadherinen, die die Adhäsion unterstützen (3-9).

 

Ein Modell des Sphäroidbildungsprozesses. Die Bildung von Sphäroiden kann... | Laden Sie das wissenschaftliche Diagramm herunter

Mechanik der Sphäroidbildung

1. Einzelne Zellen in einer Zellsuspension aggregieren zu einem losen Sphäroid. Dieser Prozess wird durch ECM-Fasern und die komplementäre Bindung von Zelloberflächenintegrinen erleichtert (3-9).

2. Eine starke Adhäsion wird dann durch E-Cadherine über homophile Bindung zwischen Cadherinen peripherer Zellen vermittelt. Aktinmoleküle zementieren auch die Kontakte zwischen benachbarten Zellen, was zur Bildung eines stark haftenden mehrzelligen Sphäroids führt (3-9).

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