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Controlando o microambiente celular in vitro

A fim compreender como as pilhas associam para formar tecidos e órgãos, é necessário determinar os mecanismos que conduzem comportamentos da pilha. Um pouco do que estudando as pilhas in vivo, que seriam significativamente difíceis, culturas celulares do uso dos cientistas. Estas são as pilhas que foram formulário removido um o organismo e cultivado no laboratório.

Os cientistas podem estudar e manipular o microambiente celular usando o 2D e as culturas celulares 3Danyaivanova | Shutterstock

Usando culturas celulares, os cientistas podem manipular o microambiente celular a fim simular in vivo circunstâncias fisiológicos.

Que tipo de cultura celular é o melhor para pilhas de manipulação in vitro?

Por sobre um século, (as 2D) culturas celulares bidimensionais foram usadas para estudar a resposta celular às sugestões biofísicas e bioquímicas. Quando as 2D culturas avançarem extremamente nossa compreensão do comportamento da pilha, têm suas próprias limitações. Por exemplo, as pilhas na cultura demonstram as bioactividades que diferem daquelas observadas in vivo. Assim, os resultados de pesquisa não podem ser inteiramente representativos in vivo de reacções.

Para endereçar este problema, os andaimes novos da cultura celular 3D estão sendo desenvolvidos, particularmente porque imitam exactamente circunstâncias in vivo. Estes são referidos como o esferóide ou culturas organoid e demonstraram o sucesso em induzir in vivo destinos dos comportamentos da pilha quando estimulados por processos ou por sugestões particulares sob o estudo.

Contudo, os modelos 3D vêm com diversos desafios. Estes incluem a criação de uma relação entre os tipos diferentes do tecido; controlando a distribuição de factores bioactive (por exemplo hormonas e mensageiros químicos) espacial e temporal, e mantendo os nutrientes e os gáss da passagem necessários para a sobrevivência da pilha.

Quando enfrentado entre a escolha do 2D ou os sistemas 3D, o processo específico de interesse sob o estudo deve ser considerado. Enquanto as plataformas 3D são melhores na indução in vivo - como o comportamento da pilha, estão limitadas por uma falta da aplicação universal; presentemente, somente alguns tipos da pilha podem ser crescidos desta maneira. as 2D culturas celulares oferecem assim uma alternativa praticável, fácil de usar.

Métodos da cultura celular da corrente 2D

As pilhas de cultivo exigem uma superfície plana a que as pilhas podem aderir e crescer. Os materiais típicos usados com esta finalidade incluem o vidro ou o poliestireno. Devido à natureza uniforme da plataforma, as pilhas crescem homogènea porque têm o acesso às concentrações similares de nutrientes e de factores de crescimento actuais no media. Esta uniformidade faz a 2D culturas uma opção atractiva em ajustes clínicos e da pesquisa.

Apesar desta simplicidade, as 2D culturas não permitem o controle da forma da pilha - que é um determinante crítico da resposta às sugestões biofísicas in vivo. Para esclarecer esta, as carcaças micro-modeladas tais como ilhas do pilha-adesivo, os microwells, e os micropillars foram projectados ajudar na personalização da forma da pilha.

Estas soluções oferecem um ambiente de pseudo-3D que possa estimular a polaridade apical-básica, que refere a assimetria na organização e na distribuição de componentes celulares. Isto pode ser problemático quando a polaridade apical-básica pode ser não natural in vivo.

A polaridade induzida pode, conseqüentemente, ser favorável enquanto permite as pilhas nativas de executar suas funções naturais (migrando, distribuindo e detectando sugestões ambientais). O efeito de polaridade indesejável pode ser abrandado usando uma metodologia da cultura do sanduíche.

Nesta técnica, uma plataforma adicional é colocada sobre a camada uniforme de pilhas, fornecendo as as mesmas proteínas extracelulares (ECM) da matriz que revestem a camada inferior de apoio. Isto impede eficazmente a polarização da pilha, fornecendo uma indicação do ambiente 3D visto in vivo.

Modelos actuais da cultura celular 3D

A terceira dimensão feita disponível nas culturas 3D permite a modelagem exacta in vivo de ambientes in vitro. Isto fornece a maior complexidade estrutural às pilhas, permitindo que mantenham um estado (homeostático) constante através de um período de tempo maior. Subseqüentemente, as culturas celulares crescidas de utilização 3D que cultiva os métodos são mais com carácter de previsão o que podem acontecer às pilhas in vivo do que aquelas do crescidas no 2D.  

Alguns 3D que cultivam métodos incluem o microfluidics. Isto refere a manipulação de volumes fluidos pequenos dentro dos microsistemas artificial fabricados. Os factores solúveis que regulam comportamentos bioquímicos são dispersados bem nas culturas celulares microfluidic, que imitam pròxima sua entrega in vivo.

Um outro benefício das culturas celulares 3D microfluidic é a capacidade para ligar junto tipos diferentes do tecido e para examinar como interagem. Conseqüentemente, os pesquisadores podem compreender melhor como os órgãos e os sistemas, e não apenas as pilhas e os tecidos funcionam.

Além disso, o fluxo dos líquidos (tais como líquidos intersticiais e sangue) é importante para a função da pilha, especialmente porque a diferenciação de pilha e o metabolismo são dependentes desta. Conseqüentemente o controle das pressões fluidas permitidas por técnicas microfluidic é inestimável.

Um outro benefício das culturas 3D é modelagem melhorada de tecidos da barreira. In vivo, formulário do epithelia uma barreira entre compartimentos do órgão. A função da barreira é importante porque regula a influência que as variáveis ambientais têm no compartimento subjacente. A função apropriada da barreira epitelial é crucial para a sobrevivência, e assim que sua representação nas culturas 3D melhora o sucesso de sistemas integrados do órgão in vitro.

Comparação da revelação da pilha no 2D e nos ambientes 3D

A predominância de técnicas da cultura 3D está aumentando como os avanços permitem um mimetismo mais exacto in vivo de circunstâncias. as 2D culturas são limitadas por sua incapacidade influenciar apropriadamente a interacção da pilha-pilha, mecânicos celulares, e acesso aos nutrientes.

Apesar disto, as 2D culturas são bem sucedidas em sistemas epiteliais; por exemplo, o epithelia da via aérea do pulmão tornar-se-á normalmente in vitro. O inconveniente principal de 2D sistemas é sua simplicidade, frequentemente não faz com que as pilhas cultivadas demonstrem os processos de revelação previstos da pilha. Finalmente, sua simplicidade apresenta uma disparidade entre a informação biològica relevante que são exigidas e o que é fornecida no 2D.

as culturas 3D são similarmente limitadas. A produção, que é a saída total o sistema 3D pode produzir, é comparada baixo aos 2D métodos. Muitas técnicas são demoradas e difíceis de estabelecer-se.

Conseqüentemente, não podem ser usados na revelação da droga que confia em um grande número medidas da selecção a ser tomadas. as culturas 3D são limitadas igualmente por sua incompatibilidade com formulários da análise microscópica. Este problema provem do grande tamanho das culturas celulares 3D; isto igualmente impede a distribuição apropriada dos nutrientes às pilhas, no lugar e no tempo correctos.  

Considerando que os métodos da cultura celular 3D são relativamente novos e emergentes, o potencial das culturas celulares 3D é prometedor. Sua capacidade para recapitular exactamente in vivo o ambiente da pilha faz-lhes o método da escolha preferido no ajuste clínico e da pesquisa.

Fontes

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Last Updated: Apr 8, 2019

Hidaya Aliouche

Written by

Hidaya Aliouche

Hidaya is a science communications enthusiast who has recently graduated and is embarking on a career in the science and medical copywriting. She has a B.Sc. in Biochemistry from The University of Manchester. She is passionate about writing and is particularly interested in microbiology, immunology, and biochemistry.

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