در مطلب گذشته در مورد بلاتینگ یا روش لکه گذاری صحبت کریدم. حال موضوع مورد بحث و بررسی مطلب امروز ما، درباره کشت سلولی سه بعدی است.

کشت سلولی سه بعدی چیست؟

 

کشت سلولی سه بعدی چیست؟ دایا اکسیر

 

کشت سلولی شامل رشد سلول ها در یک محیط مصنوعی است تا رفتار آنها را در واکنش به محیط، مورد مطالعه قرار دهتد. امروزه انواع مختلفی از کشت های سلولی یافت می شود و بسته به خواص و کاربرد هرکدام نسب به دیگر روش ها مناسب تر هستند که در میان آنها، استفاده از کشت سه بعدی برای سلولها به طور عجیبی در مقایسه با سایر روشهای کشت سلولی افزایش یافته است. کشت سلولی سه بعدی را می توان یک کشت سلولهای زنده در دستگاههای میکرومونتاژ شده و پشتیبانی کننده توصیف کرد که از ساختارهای سه بعدی و بافت ویژه اندام ها تقلید می کند.

پس کشت سلولی سه بعدی یک محیط کشت است که به سلول ها اجازه رشد و تعامل با چارچوب خارج سلولی اطراف را در سه بعد می دهد که در تضاد با کشت سلولی دو بعدی سنتی می باشد. کشت سلولی سه بعدی را می توان با داربست یا بدون داربست نگهدارنده رشد داد.

ویژگی های کشت سلولی سه بعدی در مقابل کشت سلول دو بعدی سنتی

کشت سنتی دوبعدی معمولاً سلول ها را به صورت تک لایه روی شیشه یا معمولاً فلاسک های پلاستیکی پلی استایرن کشت بافت، رشد می دهد درحالی که کشت سلولی سه بعدی، سلول ها را با استفاده از داربست های نگهدارنده رشد می دهد.

در کشت سنتی دوبعدی تک لایه، سلول ها روی یک سطح صاف می چسبند و رشد می کنند؛ چنین تنظیم تک لایه ای به همه سلول ها اجازه می دهد تا مقدار همگنی از مواد مغذی و فاکتورهای رشد را از محیط در طول فرآیند رشد خود دریافت کنند. سلول های رشد یافته در کشت دوبعدی معمولاً مسطح تر و کشیده تر از آنچه در داخل بدن به نظر می رسند،
می باشند.  مورفولوژی غیرطبیعی سلول در کشت دو بعدی بر بسیاری از فرآیندهای سلولی از جمله تکثیر سلولی، تمایز، بیان ژن و پروتئین تأثیر
می گذارد، در نتیجه سلول‌های دوبعدی ممکن است آن‌طور که باید در بدن عکس العمل نشان دهند، رفتار نکنند. زیرا این مدل به اندازه کافی ازریزمحیط  فن‌آوری‌هایی مانند الگوی نانو که ویژگی‌های توپوگرافی ECM را تقلید می‌کند، برای بهبود عملکرد و رفتار سلولی در کشت سلولی دوبعدی مورد بررسی قرار داده است.

بر خلاف کشت سلولی دوبعدی، وقتی سلول ها در سیستم های کشت سه بعدی رشد می کنند ، آنها را در داخل یک ماتریس یا در یک محیط تعلیق کروی تشکیل می شوند؛ در این محیط، فعل و انفعالات سلول ها بیشتر شبیه محیط طبیعی موجود در داخل بدن است، به طوری که مورفولوژی سلول بسیار شبیه شکل طبیعی آن در بدن است.  همچنین سلول های هسته اکسیژن، فاکتورهای رشد و مواد مغذی کمتری را از محیط دریافت می کنند و تمایل دارند در حالت ساکن باشند.

از دیگر تفاوت های این دو محیط سرعت تکثیر سلول های کشت شده در آنهاست بگونه ای که انواع رده‌های سلولی، میزان تکثیر کمتری را در کشت‌های سه‌بعدی در مقایسه با کشت‌های دو بعدی نشان دادند اما اکثر مطالعات نشان داده اند که زنده ماندن سلول در کشت های سه بعدی در چند روز اول (۱ تا ۵ روز) در مقایسه با کشت دو بعدی تفاوت چندانی  نداشت.

یکی دیگر از تفاوت هایی که محققان درباره سلول‌ها در محیط کشت سه‌بعدی در مقابل کشت دوبعدی دریافته اند، تفاوت در بیان ژن، پروتئین و گیرنده سلولی آنها می باشد؛ با آزمایشی که بر روی سلول عای سرطانی مختلف در کشت دو بعدی و سه بعدی صورت گرفت، اغلب آنها نمایه های بیان ژنی متفاوتی را از خود نشان دادند. این تفاوت به ویژه در بسیاری از ژن هایی که در تکثیر، مهاجرت، تهاجم و حساسیت شیمیایی نقش دارند، نشان داده شد.

چرا از کشت سلولی سه بعدی استفاده کنیم؟

برای مدت طولانی، دانشمندان برای مطالعه مکانیسم‌های سلولی و بیماری‌ها به کشت‌های سلولی دوبعدی مسطح که روی یک بشقاب رشد می‌کردند، تکیه می‌کردند. اگرچه مدل های سلول دو بعدی برای کشت، ساده و مقرون به صرفه هستند اما با این حال در دهه گذشته، کشت‌های سلولی سه‌بعدی محبوبیت بیشتری پیدا کرده‌اند، زیرا از نظر فیزیولوژیکی مرتبط ‌تر هستند و بافت درون تن را بهتر نشان می‌دهند .

در واقع دلیل استفاده از کشت سلولی سه بعدی این است که هیچ نوع سلولی در بدن ما به صورت تک لایه مستقل از
سلول ها یا بافت های دیگر رشد نمی کند، در عوض بیشتر سلول ها به طور طبیعی در ساختارهای سه بعدی پیچیده از جمله انواع سلول های مختلف در یک ماتریکس خارج سلولی وجود دارند و برهمکنش های متعدد سلول-سلول و
سلول-ماتریس همگی تأثیر عمیقی بر رفتار آنها دارد. علاوه بر این، تک لایه‌های دوبعدی دسترسی یکنواختی به مواد مغذی و اکسیژن دارند که در توده‌های سلولی مانند تومورها صادق نیست.

از کشت سلولی سه بعدی در چه مواردی استفاده می شود و کاربرد آن چیست؟

مدل های سلولی سه بعدی به طور فزاینده ای برای درک مکانیسم های بیماری و کشف درمان های دارویی مورد استفاده قرار می گیرد. این فرآیند ممکن است شامل استخراج سلول های سه بعدی مانند ارگانوئیدهای سرطانی از بیماران باشد. از کاربردهای کشت سلولی سه بعدی می توان برای غربالگری داروهای مولکولی کوچک یا دستکاری ژنتیکی برای درک مسیرهای بیماری نیز استفاده کرد. در مقایسه با کشت های دو بعدی، کشت های سلولی سه بعدی با دقت بیشتری اثربخشی یا سمیت درمان دارویی را پیش بینی می کنند.

روش های کشت سلولی سه بعدی چگونه است؟

روشی که در کشت سه بعدی سلول های استفاده می شود عبارت است از داربست نگهدارنده یا بدون داربست نگهدارنده که در ادامه به توضیح آن خواهیم پرداخت.

  • کشت سلولی سه بعدی داربست

سلول های سه بعدی را می توان در یک داربست نگهدارنده کشت داد تا امکان رشد در همه جهات فراهم شود. انواع رایج داربست عبارتند از:

هیدروژل‌ها: مواد پلیمری حاوی شبکه‌ای از زنجیره‌های پلیمری متقابل که می‌توانند آب را جذب و حفظ کنند. هیدروژل ها می توانند از حیوانات (ماتریژل ، کلاژن) یا گیاهان (آلژینات/آگارز) گرفته شده یا از مواد شیمیایی  سنتز شوند.

ماتریس های بی اثر: غشاهای اسفنج مانند ساخته شده از پلی استایرن که حاوی منافذی برای تکثیر و رشد سلول ها هستند.

  • کشت سلولی سه بعدی بدون داربست

کشت های سه بعدی را می توان بدون وجود داربست نگهدارنده نیز رشد داد. روشهای بدون داربست برای تکثیر سلول ها به صورت خوشه ای یا کروی شکل، به سلولها متکی است. روش های رایج بدون داربست عبارتند از:

صفحات با چسبندگی کم: این صفحات که با پلیمر آبدوست پوشانده می شوند، از چسبیدن سلول ها به سطح جلوگیری کرده و به سلول ها اجازه می دهند با هم خوشه شوند و ماتریکس خارج سلولی خود را (ECM) تشکیل دهند.

قطره آویزان: سلول‌ها در یک قطره معلق از محیط قرار می‌گیرند و به سلول‌ها اجازه داده می شود تا جمع شده و کروی‌هایی را در پایین قطره تشکیل دهند.

سخن پایانی

سلول ها در محیط فیزیولوژیکی خود به طور معمول با عوامل خارج سلولی در سه بعد (سه بعدی) تعامل دارند. ماتریس خارج سلولی (ECM) یک فرمول پیچیده از پلیمرهای بیولوژیکی است که از پپتیدها ، پلی ساکاریدها ، پروتئین ها ، آنزیم ها و
مولکول های سیگنال دهنده که در خارج از سلول ها قرار دارند، تشکیل شده است. برهمکنش بین سلول ها و ECM اطراف آن ها نشانه هایی را ارائه می دهد که می توانند بر قطبیت سلولی، شکل ، تحرک ، تمایز و بسیاری از فنوتیپ های دیگر تأثیر بگذارند. کشت سلولی سنتی بر روی یک بستر دو بعدی (معمولاً پلی استایرن یا شیشه) انجام می شود و سلول هایی که به این روش رشد می کنند، غالبا بسیاری از فنوتیپ های مشاهده شده توسط همان نوع سلول ها را در محیط زنده به طور کامل تجدید نمی کند. یک رویکرد برای شبیه سازی بیشتر سلول های کشت شده در شرایط آزمایشگاهی با نوع بافت فیزیولوژیکی مربوطه آن ها ، جاسازی و کشت سلول ها در یک هیدروژل سه بعدی است که ECM فیزیولوژیکی را تقلید می کند. این استراتژی زیرمجموعه ای از رویکرد بزرگتر کشت سلول ها در سه بعد است که معمولاً به عنوان کشت سلول سه بعدی نامیده می شود.

 

 

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *