3D 세포 배양

전통적인 세포 배양은 단순하고 비다공성인 2차원(2D) 표면에서 개발되어 생명과학 전반에 걸쳐 해당하는 필수적 기술의 확장을 촉진했습니다. in vivo 세포는 3차원에서 환경과 상호 작용하기 때문에 3D 세포 배양 도구, 시약 및 기술을 통해 암 연구, 약물 발견, 신경과학 및 재생 의학을 비롯한 다양한 애플리케이션 및 분야를 위해 보다 예측 가능한 in vitro 세포 모델이 생성되었습니다.  

3D 세포 배양 모델은 일반적으로 방법에 따라 두 가지 기본 범주로 분류될 수 있습니다. 1) 하이드로겔 또는 구조적 스캐폴드를 사용하는 스캐폴드 기반 방법 및 2) 일반적으로 스페로이드라고 하는 자유롭게 떠 있는 세포 응집체를 사용하는 비스캐폴드 접근 방식. 방법의 선택은 주로 세포 자체의 특성뿐만 아니라 3D 배양의 목적과 목적에 따라 기본적으로 달라집니다. 

스캐폴드 기반 3D 세포 배양 기술

스캐폴드 기반 배양에서 세포는 인공 구조물 또는 하이드로겔로 알려진 폴리머 네트워크에 의해 모든 차원에서 지지됩니다. 이러한 친수성 네트워크는 90% 이상의 물을 포함할 수 있으며, 동물 유래 세포외 기질(ECM) 단백질로 구성되거나 비동물성분 합성 제형으로 사용할 수 있습니다. 세포는 in vivo 세포외 기질을 시뮬레이션하기 위해 하이드로겔에 내장됩니다.

소위 ‘하드’ 스캐폴드는 섬유질 또는 스폰지 같은 구조를 가진 특수 배양용품을 사용하여 만들 수도 있으며, 종종 이미징을 최적화하기 위해 폴리카프로락톤 또는 광학적으로 투명한 폴리스티렌과 같은 생분해성 재료로 구성됩니다. 이러한 제조된 지지체는 in vivo ECM과 같지 않지만, 재현성을 향상하고 배양물에서 세포 회수를 용이하게 할 수 있습니다.

비스캐폴드 3D 세포 배양 시스템

세포가 지지체에서 성장하지 않으면, 스페로이드라고 하는 3D 응집체를 형성할 수 있으며, 이 응집체는 고유의 ECM을 분비하여 천연 고체 조직과 유사해집니다. 일반적인 예에는 암 종양구가 포함되며, 이는 종양 형성에서 산소 구배 및 영양소 접근에 대한 연구를 가능하게 합니다. 스페로이드가 종종 2D 배양보다 생물학적으로 더 관련된 모델을 제시하는 약물 개발 및 독성학의 고처리량 화합물 스크리닝을 위해 스페로이드 배양이 선호됩니다. 스페로이드 배양은 저부착성 마이크로플레이트, 생물반응기 및 미세 유체 배양 시스템을 포함하는 다양한 환경에서 성취할 수 있습니다. 스캐폴드 및 비스캐폴드 시스템 기질, 기타 세포 및 세포외 요인과 모든 방향으로 상호 작용할 수 있습니다.

3D 세포 배양의 진보된 애플리케이션

진보된 3D 세포 시스템을 통해 연구자들은 윤리적인 문제를 최소화하면서 고전적인 2D 세포 배양 기술의 접근성과 in vivo 동물 모델의 생물학적 관련성을 혼합할 수 있습니다. 최근에는 in vivo 세포 반응을 보다 밀접하게 모방하기 위해서, 종양 스페로이드, 줄기세포 및 환자 유래 오르가노이드와 같은 진보된 3D 세포 배양의 사용, 세포 및 바이오잉크를 사용한 3D 바이오프린팅을 통한 조직 공학을 활용합니다. iPS 세포에서 유래된 오르가노이드를 일부 조직에 대해 상업적으로 이용 가능하여, 실험실 배양 오르가노이드에 비해 재현성과 결과 가속화에 대한 잠재력을 향상시켰습니다.