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Cultura celular 3D

Embora não seja uma tendência nova, a cultura 3D é um conceito crescente em 2020. Durante 2019, 72.000 artigos foram publicados discutindo a cultura 3D, em comparação com 46.000 em 2018. Embora o conceito de cultura 3D não seja novo, desenvolvimentos e abordagens interessantes estão evoluindo .

Notório por sua alta taxa de falhas, o desenvolvimento de medicamentos envolve muitos candidatos promissores que não atendem às suas expectativas em ensaios clínicos, resultando em uma importante fonte de perda financeira para a indústria.

As discussões na indústria farmacêutica destacaram as esperanças de melhores pesquisas nos estágios iniciais, o que será importante para ajudar a evitar perdas dispendiosas no futuro. A cultura celular primária humana desempenha um papel importante nisso.

Embora a cultura celular possa ser elogiada por seus muitos avanços científicos, a cultura 2D, infelizmente, tem suas desvantagens ligadas ao reflexo do comportamento normal das células vistas nos tecidos vivos. Em comparação, a cultura 3D visa reduzir a restrição de crescimento em uma superfície plana e apresenta a capacidade de empilhar em cima e em torno um do outro, como visto no tecido.

Uma abordagem comum é cultivar as células em um andaime 3D. Estudos recentes pesquisaram que tipo de andaime deve ser usado e como ele é projetado. Outras pesquisas exploraram abordagens variadas, incluindo andaimes de grafeno, nanofibras, fundição por congelamento, impressão 3D e até utilização de colágeno marinho natural. Alguns pesquisadores investigaram a perda total do andaime usando levitação magnética para dar às células a capacidade de montar em 3D.

Certamente, essa área da cultura de células está crescendo rapidamente e, no processo, demonstra toda a criatividade da pesquisa científica.

Cultura de células 4D

Com o crescente interesse na cultura de células 3D, outra dimensão da cultura de células pode ser adicionada em um futuro próximo. A cultura 4D combina os benefícios da cultura de células 3D, com a adição de um meio de cultura que imita a matriz extracelular (MEC) do tecido nativo de maneira mais completa.

A maioria dos sistemas 3D é estática e, portanto, não pode capturar a natureza dinâmica do ECM. O ECM interage com as células e inclui uma gama complexa de sinais bioquímicos e propriedades físicas que diferem no espaço e no tempo. Para avançar no estudo da biologia celular fundamental e aprimorar a engenharia de tecidos humanos, isso precisaria ser recriado.

Os pesquisadores começaram a explorar diferentes maneiras de modificar potencialmente a cultura de células sob demanda durante um experimento, evitando danos às células. Uma abordagem envolve o uso da luz para modificar o comportamento de um hidrogel fotorresposta.

Em um estudo de 2019, os pesquisadores produziram uma cultura de células 4D, integrando um peptidomimético ativado pela luz no hidrogel. Eles cultivaram células endoteliais da veia umbilical humana (HUVECs) na presença do fator de crescimento VEGF e ativaram o peptidomimético usando um laser.

As células em áreas expostas à luz migraram amplamente e criaram uma complexa rede microvascular dentro de uma semana. Os HUVECs não iluminados não apresentaram essas alterações e se tornaram inviáveis ​​em três dias, apesar da presença de VEGF.

Os pesquisadores afirmaram que os resultados explicam como a abordagem pode controlar o ambiente cultural no espaço e no tempo 3D, dando a oportunidade de controlar a angiogênese diretamente com o simples uso da luz.

Desenvolvimentos mais próximos da realidade biológica

No futuro, sem dúvida haverá inovação contínua na cultura de células-tronco para auxiliar experimentos in vitro na imitação da realidade biológica com mais cuidado.

Em um estudo recente em 2020, uma nova abordagem foi usada envolvendo um substrato de barreira chamado método da figura da respiração. O método foi usado para imitar a barreira retiniana do sangue no olho, que é conhecida como um local crítico na patologia da doença da degeneração macular.

Em lados opostos da barreira, eles cultivaram epitélio pigmentar da retina derivado do hiPSC e células endoteliais, e ambos foram revestidos com colágeno usando uma técnica conhecida como técnica de Langmuir-Schaefer. Esse processo cria um filme altamente poroso com uma superfície semelhante a um favo de mel.

Com isso, foi criada uma cultura de três camadas, na qual as duas camadas de células poderiam facilmente trocar substâncias através da barreira, mantendo a separação física.

Pesquisadores do estudo observam que os resultados da técnica evitam o uso de modelos animais da doença in vivo . Além disso, eles destacam os inconvenientes dos modelos existentes da barreira in vitro , que foram simples demais para refletir a função dessa anatomia ou a progressão da doença.

Como a bioprinting ajudou?

No campo da medicina regenerativa, a bioprinting 3D foi adotada devido ao seu notável potencial na construção de tecidos funcionais complexos e organoides.

O valor da bioprinting 3D é particularmente digno de nota na bioprinting de vasos sanguíneos. A formação de vasculatura tem sido um obstáculo contínuo na engenharia de tecidos, porque precisa ser precisa e complexa em uma escala tremendamente pequena. Agora, esses desafios podem ser superados com as ferramentas que a bioprinting oferece.

Anteriormente, bioinks fugitivos foram utilizados com sucesso para formar matrizes tubulares para que as células endoteliais fossem semeadas. Primeiro, o hidrogel é lançado ao redor do bioink e posteriormente é lavado, deixando para trás uma superfície na qual as células podem formar um lúmen.

Num estudo de 2019, os investigadores investigaram a combinação de celular de auto-montagem com 3D bioprinting usando PromoCell HDMECs e HUVECs para escapar a necessidade de bioinks fugitivas ou canais pré-formados.

As investigações usaram um método drop-on-demand envolvendo células endoteliais em um bioink em suspensão ou esferóide, e foi possível formar um lúmen posicionado entre duas camadas de hidrogel.

A bioimpressão deu a oportunidade de comandar várias estruturas biologicamente relevantes e, após a impressão, as células exibiram auto-montagem, incluindo ramificação não direcionada em lúmens com diâmetros menores, como visto no sistema vascular humano.

Simplificando a pesquisa com células do tipo HLA

Moléculas de antígeno leucocitário humano (HLA) desempenham um papel importante no corpo humano. Eles permitem que o sistema imunológico identifique antígenos e monte uma resposta contra patógenos invasores.

Na pesquisa, esse papel é vital em áreas como transplante de órgãos, onde os tipos de HLA de doadores e receptores precisam ser comparados para a prevenção da rejeição e no desenvolvimento da imunoterapia contra o câncer, um campo crescente com enorme potencial.

Esse tipo de teste pode ser lento, especialmente em pesquisas, e leva várias semanas para receber resultados da tipagem HLA tradicional. Existe um inventário exclusivo de mais de 100 células doadoras do tipo HLA para agilizar o processo. Essas células são recebidas de uma variedade de tecidos humanos, incluindo o sistema músculo-esquelético, rim, células sangüíneas periféricas, medula óssea e muito mais, e estão disponíveis para envio completo com seu relatório de tipagem HLA.

Um estudo recente em 2019 usou células do tipo HLA para provar que os anticorpos do tipo II do HLA podem induzir a morte celular necrótica em células endoteliais por uma via independente do complemento. O endotélio é crítico no desenvolvimento da rejeição mediada por anticorpos no transplante de órgãos sólidos, portanto, esta pesquisa pode ajudar a informar sobre abordagens para prevenir ou tratar a rejeição.

O que está reservado para o futuro?

Os passos que pesquisadores e cientistas deram em 2019 contribuíram positivamente para melhorias e avanços nos tipos, no rendimento e nas idéias fundamentais da cultura celular, abrindo caminho para novos lançamentos no futuro.

 

Texto retirado de News Medical.

Créditos da imagem: akh_photo | Shutterstock

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