Colture cellulari 3D

Colture cellulari 3D

Nelle colture basate su scaffold, le cellule sono supportate in tutte le dimensioni da una struttura artificiale o da una rete polimerica nota come idrogel. Queste reti idrofile, che possono contenere oltre il 90% di acqua, possono essere composte da proteine della matrice extracellulare (ECM) animale, oppure da formulazioni sintetiche di origine non animale. Le cellule sono incorporate nell’idrogel che simula la matrice extracellulare presente in vivo.

Si possono, inoltre, creare i cosiddetti scaffold "rigidi”, utilizzando specifici materiali di coltura dotati di strutture fibrose o spugnose, spesso composti da materiali biodegradabili come il policaprolattone o il polistirene otticamente trasparente che ottimizza i risultati delle tecniche di imaging. Sebbene i supporti così prodotti siano meno simili all'ECM presente in vivo, offrono il vantaggio di migliorare la riproducibilità e facilitare il recupero delle cellule dalla coltura.

Sistemi di coltura cellulare 3D privi di supporto

Nel caso le cellule non vengano coltivate su supporti, possono formare aggregati 3D chiamati sferoidi, che secernono essi stessi la ECM per diventare più simili a tessuti solidi nativi. Un esempio tipico è costituito dalle sfere tumorali (tumorsfere), che consentono lo studio dei gradienti di ossigeno e dell'accesso ai nutrienti nella formazione del tumore. L’utilizzo di colture di sferoidi è spesso preferito per lo screening dei composti ad alta numerosità nello sviluppo di farmaci e negli studi tossicologici, perché gli sferoidi costituiscono dei modelli più rilevanti dal punto di vista biologico rispetto alle colture 2D. La coltura di sferoidi può essere ottenuta in diversi ambienti, tra cui micropiastre a bassa adesione, bioreattori e sistemi di coltura microfluidici. Sia i sistemi basati su scaffold che quelli senza scaffold consentono alle cellule di interagire con il substrato, con altre cellule e coi fattori extracellulari in tutte le direzioni.

Applicazioni avanzate delle colture cellulari 3D

I sistemi cellulari 3D avanzati forniscono ai ricercatori un ibrido tra l'accessibilità delle classiche tecniche di coltura cellulare 2D e la rilevanza biologica dei modelli animali in vivo, con meno preoccupazioni di natura etica. Recentemente, si è introdotto l'uso di metodiche di coltura cellulare 3D avanzate, come sferoidi tumorali, organoidi derivati da cellule staminali e pazienti e, infine, l’ingegneria tissutale basata su biostampa 3D con cellule e bioinchiostri, per riprodurre in maniera più simile a quanto avviene in vivo le risposte cellulari. Sono ora disponibili in commercio organoidi per tessuti specifici derivati​ da cellule iPS che, rispetto agli organoidi coltivati in laboratorio, incrementano la riproducibilità e accelerano i risultati.