Idrogel
Nel loro ambiente fisiologico, le cellule interagiscono con gli elementi extracellulari nelle tre dimensioni (3D). La matrice extracellulare (ECM) è data da un insieme complesso di polimeri biologici composti da peptidi, polisaccaridi, proteine, enzimi e molecole per la trasduzione del segnale che si trovano all’esterno delle cellule. Le interazioni tra le cellule e la ECM circostante forniscono segnali che possono influenzare la polarizzazione, la forma, la motilità, la differenziazione cellulare e molti altri fenotipi. La coltura cellulare tradizionale utilizza dei substrati bidimensionali (2D), solitamente polistirene o vetro; spesso però le cellule cresciute su tali substrati non riassumono completamente i fenotipi che presentano in vivo. Un approccio che fa sì che le cellule coltivate in vitro possano riprodurre più da vicino la fisiologia del tessuto di origine consiste nell'incorporarle e coltivarle all'interno di idrogel 3D che imitano l’ECM fisiologica. Questo metodo rappresenta solo un esempio di una più ampia serie di metodiche per la coltura di cellule in tre dimensioni, generalmente indicate come colture cellulari 3D.
Figura 1.Gli idrogel consentono di ottenere delle colture cellulari 3D maggiormente rilevanti dal punto di vista biologico.
Applicazioni degli idrogel 3D
Le colture di cellule in idrogel 3D si sono dimostrate preziose per numerose applicazioni. Le tradizionali linee cellulari immortalizzate possono essere coltivate incorporate in idrogel a formare complessi multicellulari chiamati sferoidi. È stato dimostrato che gli sferoidi possono fornire moltissime informazioni in più rispetto alle cellule coltivate in 2D. Le cellule staminali cresciute in idrogel 3D possono differenziarsi in diversi tipi di cellule che riproducono molto da vicino i tessuti originari. Possono essere programmate per formare organoidi 3D, delle strutture differenziate simili a mini-organi che vengono utilizzate come modelli altamente predittivi, riproducibili e scalabili, per lo studio di fisiologie complesse in vitro. Altre possibili applicazioni della coltura delle cellule in idrogel riguardano lo studio delle proprietà fisiche dell'idrogel in relazione ai comportamenti meccano-sensibili delle cellule, come ad esempio la formazione di determinate caratteristiche morfologiche e la motilità cellulare.
Idrogel 3D di origine naturale
Il metodo più comune per riprodurre la matrice extracellulare fisiologica in vitro consiste nell'utilizzare un estratto di ECM nativa ottenuto da una fonte biologica. Tradizionalmente, per le applicazioni di coltura cellulare 3D viene utilizzato l'estratto di ECM ottenuto dalla membrana basale di sarcoma murino di Engelbreth-Holm-Swarm (EHS). L'estratto di ECM da EHS è liquido a 4°C mentre gelifica a temperatura ambiente, il che facilita l’incorporazione delle cellule. Questo prodotto è venduto come idrogel ECM gel. In alcune applicazioni è importante usare estratti di ECM ottenuti da cellule umane. L'idrogel MaxGel™ ECM è un estratto di membrana basale (BME) umana ottenuto in vitro.
Idrogel 3D sintetici
Per alcune applicazioni è preferibile ricostituire un idrogel sintetico. Gli idrogel a formulazione chimicamente definita migliorano la riproducibilità e consentono di conoscere l'identità e la concentrazione dei diversi componenti, come ad esempio i fattori di crescita. Inoltre, per alcune applicazioni particolari i parametri fisici dell'idrogel possono essere importanti. Questi includono:
- modulo di elasticità
- dimensione dei pori
- rigonfiamento dell'idrogel
- reticolazione
- condizioni di dissociazione
Offriamo diversi reagenti, kit e protocolli da utilizzare per lo sviluppo di idrogel sintetici tra cui l’idrogel per scaffold HyStem®, il kit TrueGel3D™ e la tecnologia Cell-In-a-Box®.
Figura 2.Matrice extracellulare (ECM) sintetica
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