3-D cellekultur:Få celler til at føle sig hjemme

Filmen "Avatar" er ikke den eneste 3-D blockbuster, der slår igennem denne vinter. Et hold af Houston-forskere afslørede i denne uge en ny teknik til dyrkning af 3D-cellekulturer, et teknologisk spring fra den flade petriskål, der kunne spare millioner af dollars i omkostninger til medicintestning. Forskningen er rapporteret i Natur nanoteknologi .

Den 3-dimensionelle teknik er nem nok til at de fleste laboratorier kan konfigureres med det samme. Det bruger magnetiske kræfter til at levitere celler, mens de deler sig og vokser. Sammenlignet med cellekulturer dyrket på flade overflader, 3-D-cellekulturerne har en tendens til at danne væv, der mere ligner dem inde i kroppen.

"Der er et stort skub lige nu for at finde måder at dyrke celler i 3-D, fordi kroppen er 3-D, og kulturer, der mere ligner naturligt væv, forventes at give bedre resultater for prækliniske lægemiddeltests, " sagde studiets medforfatter Tom Killian, Ph.D., lektor i fysik ved Rice University. "Hvis du kunne forbedre nøjagtigheden af ​​tidlige lægemiddelscreeninger med kun 10 procent, det anslås, at du kan spare så meget som 100 millioner dollars pr. lægemiddel."

Til kræftforskning, det "usynlige stillads" skabt af magnetfeltet går ud over dets potentiale til at producere cellekulturer, der minder mere om rigtige tumorer, hvilket i sig selv ville være et vigtigt fremskridt, sagde medforfatter Wadih Arap, M.D., Ph.D., professor i David H. Koch Center ved University of Texas M.D. Anderson Cancer Center.

For at få celler til at svæve, forskerholdet modificerede en kombination af guldnanopartikler og konstruerede virale partikler kaldet "fag", der blev udviklet i laboratoriet hos Arap og Renata Pasqualini, Ph.D., også af Koch Center. Denne målrettede "nanoshuttle" kan levere nyttelast til specifikke organer eller væv.

"Et logisk næste skridt for os vil være at bruge denne yderligere magnetiske egenskab på målrettede måder til at udforske mulige anvendelser i billeddannelse og behandling af tumorer, "Sagde Arap.

3-D-modelleringen rejser en anden interessant langsigtet mulighed. "Dette er et skridt mod at bygge bedre modeller af organer i laboratoriet, " sagde Pasqualini.

Den nye teknik er et eksempel på den innovation, der kan opstå, når eksperter samles fra forskellige områder. Killian studerer ultrakolde atomer og bruger finjusterede magnetfelter til at manipulere dem. Han havde arbejdet med Rice bioingeniør Robert Raphael, Ph.D., i flere år på metoder til at bruge magnetfelter til at manipulere celler. Så da Killians ven Glauco Souza, Ph.D., derefter en Odyssey Scholar studerede hos Arap og Pasqualini, nævnte, at han var ved at udvikle en gel, der kunne belaste kræftceller med magnetiske nanopartikler, det førte til en ny idé.

"Vi spekulerede på, om vi måske kunne bruge magnetiske felter til at manipulere cellerne, efter at mine geler har puttet magnetiske nanopartikler ind i dem, " sagde Souza, som forlod M.D. Anderson i 2009 for at medstifte Nano3D Biosciences (www.n3dbio.com), en startup, der efterfølgende licenserede teknologien fra Rice og M.D. Anderson.

Nanopartiklerne i dette tilfælde er små stykker jernoxid. Disse tilsættes til en gel, der indeholder fag. Når celler tilsættes gelen, fagen får partiklerne til at blive absorberet i celler i løbet af et par timer. Gelen vaskes derefter væk, og de nanopartikelfyldte celler placeres i en petriskål fyldt med en væske, der fremmer cellevækst og -deling.

I den nye undersøgelse, forskerne viste, at ved at placere en magnet på størrelse med en mønt oven på skålens låg, de kunne løfte cellerne fra bunden af ​​fadet, koncentrer dem og lad dem vokse og dele sig, mens de blev suspenderet i væsken.

Et nøgleeksperiment blev udført i samarbejde med Jennifer Molina, en kandidatstuderende i laboratoriet hos Maria-Magdalena Georgescu, Ph.D., en lektor i M.D. Andersons afdeling for neuro-onkologi, hvor teknikken blev brugt på hjernetumorceller kaldet glioblastomer. Resultaterne viste, at celler dyrket i 3-D-mediet producerede proteiner, der lignede dem, der blev produceret af gliobastoma-tumorer i mus, mens celler dyrket i 2-D ikke viste denne lighed.

Souza sagde, at Nano3D Biosciences udfører yderligere test for at sammenligne, hvordan den nye metode holder sig op imod eksisterende metoder til dyrkning af 3-D cellekulturer. Han sagde, at han håber på, at det vil give resultater, der er lige så gode, hvis ikke bedre, end mangeårige teknikker, der bruger 3D-stilladser.

Raphael, en papirmedforfatter, lektor i bioteknik og medlem af Rices BioScience Research Collaborative, sagde, "Det skønne ved denne metode er, at den tillader naturlige celle-celle-interaktioner at drive samling af 3-D mikrovævsstrukturer. Metoden er ret enkel og bør være et godt indgangspunkt i 3-D celledyrkning for ethvert laboratorium, der er interesseret i opdagelse af lægemidler, stamcellebiologi, regenerativ medicin eller bioteknologi."