3D細胞培養技術は、細胞に体内の生存条件により近い微小環境を提供し、「家にいるような感覚」を与える。この技術は細胞に基づく高フラックス薬物スクリーニングだけでなく、医学にも応用できる。
3D細胞培養、細胞成長は体内環境により近い——感じがする“家にいるように”。そのため、研究者は3D培養技術は、高スループットスクリーニング、毒物スクリーニング及び他のスクリーニングから体内の真実に近いデータを得る。
細胞培養技術がまだ発生していない20世紀初頭に、細胞を基礎とした実験を完成させることが何であるかは想像しにくい。伝統的な細胞培養技術がなければ（合成樹脂の表面に2D条件下で細胞を培養する）の広範な運用により、臨床研究者も学術研究者も十分な細胞実験材料を得られない可能性がある。しかし、伝統的な細胞培養技術は優れた用途を持っているにもかかわらず、限界がある。アメリカのメリーランド州のようにライフ テクノロジー会社の役員マーク パワーズ博士によると、伝統的な細胞培養技術は細胞体内の生存環境をシミュレートする上でまだ不十分である。3D細胞培養技術の発明は、細胞培養過程において、細胞に体内の生存条件により近い微環境を提供するためである。この記事はこれから詳しく紹介します3D細胞培養技術の例とその運用。
3Dフォロワー
米オハイオ州立大学の化学・生体分子工学教授、シャン・ティアン・ヤング博士はすでに使用しています3D細胞培養技術は、ヒト胚性幹細胞及び結腸癌細胞を含む多くの異なるタイプのヒト由来細胞を培養する。彼が体外で体内成長条件をシミュレーションするために用いた基本材料はポリエチレンテレフタレート繊維である——非分解性、生体適合性及び不織布を有する繊維材料。彼の実験では3D細胞培養技術の主な原因の1つは3D培養による細胞形態比2D培養はさらに進行し、細胞形態はしばしば細胞の機能（シグナル伝達など）に影響を与える。ヤング彼を通し始めた3D細胞培養システムは抗がん剤をスクリーニングする。しかし、彼も比較することで2D培養と3D培養した細胞対既知の抗結腸癌薬——5-フルオロウラシル——彼の反応を調べるために3Dシステムの有効性を育成する。ヤング「総じて言えば、3D培養された細胞は薬物に対する耐性が強く、その一部の原因は細胞周期的挙動の違い、異なる細胞マーカー発現などにある”。これらの実験から、彼は推測します：一般的に言えば、3D培養細胞の薬物反応はより体内の状況に近いため、その上での薬物スクリーニングもより信頼性が高い。
レンスラ理工学部（RPI）生物技術・学際的研究センターの主任兼教授ジョナサン ドルディック博士用3D細胞培養は先導的に最適化されたスクリーニングツールとして使用され、培養皿上のヒトの異なる器官を代表する細胞に対する薬物潜在毒性の検出に使用される。ドルディック細胞培養は、一般にゲル状で生体適合性があり、使いやすいアルギン酸塩マトリックス上で行われる。アルギン酸塩が使いやすいのは、研究者がカルシウムやバリウムを添加することでゲル化を調整できるからだ。また、アルギン酸塩の使用はドルディック培地への成長因子の添加が可能となり、例えば、彼のグループが幹細胞の培養を始めたとき、この特徴は重要になった。
次のマイクロフロー制御技術の例では、ドルディックカリフォルニア大学の協力者とダグラス クラークマイクロマトリックス配列と類似の方法を用いてガラス顕微鏡担体シート上で行う3D細胞培養の技術。いくつかのキャリアシートには、20-40ナノアルギン酸塩マトリックスの格子形状は、最大1000個の異なる細胞培養物。これらの強力な機能を有するガラスは高い疎水性表面を有するため、ガラス上の格子はアルギン酸塩マトリックス上に半球状のビーズを形成し、3D細胞を培養すると同時に、格子中の異なる点間の交流を制限した。これにより、細胞はアルギン酸塩ビーズ上に閉じ込められ、供給された栄養によって成長する。ドルディック彼のこのような3D培養システムの下では、初期のものと形質転換された異なるヒト細胞と動物細胞がそれぞれ培養されている。その中で、初期のヒト細胞系には肝細胞、星型膠細胞、心筋細胞が含まれ、形質転換された細胞培養には肝細胞腫、腎癌、乳癌、星細胞腫が含まれる。
潜在的GEM
もちろん、3D細胞培養技術の応用は学術研究機関に限らず、3D製薬産業における技術を育成する顧客が良い例だ。米国フリア州シャーロットヴィル市グローバル・セル・ソリューション（GSC）会社はすでに3D細胞の培養はビーズ（ビード）は担体の基質である。このビーズまたはマイクロキャリアは、GEM。同社の社長兼執行役員によるとウダイ グプタ，GEMアルギン酸塩と蛋白質基質骨格に基づいて結合し、光学的背景が明瞭で非自発蛍光の特性を有し、しかもその直径は75~100ミクロンの範囲内。これらのビーズ（ビーズ）の表面上またはコアを培養したことがある。また、グプタまた、「素晴らしい特徴は、私たちが異なるタンパク質を使うことができることです。——ラミネートブロッキングタンパク質、ゼラチンまたは下地膜タンパク質——アルギン酸塩を包む。この特徴の重要性は、薬物発見の分野が幹細胞時代に入るにつれて、これらの特殊な包みが、薬物発見の過程で細胞の培養に極めて重要な役割を果たすことになる」と述べた。pH値とCO 社2等培養条件はハミルトン会社のバイオレビタトラ計器が提供した。
によるとハミルトン会社の製品ジェイソン マーチ秤、バイオレビテーター計器とGEM技術の結合により、製薬会社は薬物スクリーニング試験で大量の細胞培養を連続的に行うことができる。「技術結合のもう1つの特徴は、細胞をトリプシンで処理する必要がないことです」とも述べています。——によりGEM実際にはマイクロキャリア上で培養された細胞を直接吸収して96オリフィスプレートは、トリプシン処理に時間を費やすことなく、細胞を傷つけることなく、私たちの次の実験を直接行う準備ができています……」。選択肢として、研究者も簡単に使うことができるGCS生産された分解液は細胞を解離する。GEMテクノロジー2005年には商業化された販売があり、バイオレビテーターちょうどベータテスト中。
総じて言えば、3D細胞培養技術は基礎科学研究と製薬研究において細胞実験の正確性を大幅に高めた。培養原料の数量と複雑度の増加に伴い、3D細胞培養技術の応用も増加します——それに対して細胞を“もっと家にいるような気がする”のご褒美です。