How 3D Cultures Better Mimic In Vivo Conditions | 3D Cell Culturing | Corning

直接的なin vivo実験でない限り、ほとんどの生物医学研究プロセスにはある程度のメタファー(隠喩)が含まれています。肝臓全体の代役としての肝細胞クラスターにしろ、ヒトの脳の代わりに用いられるマウスの脳にしろ、これらのモデルは、さらなる研究を可能にしつつもこのメタファーの影響をできるだけ最小にとどめることを目標としています。

臓器および生体のより優れた、より精密な模倣を作成するための探求が、細胞や組織をより新しく、より優れた形で培養するための重大な発展、すなわち3D細胞培養をもたらしました。3D細胞培養は、創薬およびその他のアプリケーションのためのより典型的なプラットフォームを提供することができ、従来の2D細胞培養と本格的規模の動物実験の間に位置する標準ステップとなりつつあります。

 

必要だが、十分ではなくなりつつある

 

従来の2D細胞培養は今でも主要な実験ツールとして世界中で使用されており、それにはもっともな理由があります。この伝統的なモデルは、科学者がペニシリンや、癌治療薬、その他の多くの医学的に驚くべき開発をする助けとなってきました。

しかし、2Dモデルは完全な平面培養であることや、存在する細胞と組織の種類が限られているという点から、その妥当性は低下しています。近くに的確な細胞タイプが配置されておらず、同じ種類の細胞が周囲にぎっしり詰まっていなければ、細胞はin vivoと同様の発達はしないのです。

 

まさに実物のように

 

2Dおよび3D細胞培養の挙動の違いは大きく、またその性質の違いはランダムではありません。複雑な生物学的プロセスは常に、2D細胞培養では満たすことができない方向や密度に基づく要件を必要とします。例えば、腫瘍細胞は3次元に配置されている時には抗癌剤に対する反応が低下します。また、ほとんどの神経細胞はその周囲を取り巻く迅速な神経細胞活動に対して、より低い反応性を示します

研究者は、腫瘍細胞の3次元配置が細胞の分化、進行および転移を含む挙動に影響を及ぼす可能性があることに気づいていました。これらの細胞は3D環境に合わせて発達しているため、ほとんどの場合、3Dの方が薄層または単層の場合よりも丈夫で、より高い生存率を示します。つまり2D培養では薬物の有効性を体系的に過大評価する可能性があります。

端的に言えば、3D培養は細胞が自然に影響しあうのに必要とする物理的環境を提供するため、in vivo条件をより良く模倣するのです。

このように3D細胞培養が効果的であることから、その種類は急速に増えつつあります。特に、特定の臓器に関連する細胞と組織の種類で特定の3D配置を作成するようにデザインされたオーダーメイドのオルガノイドモデルが増えています。これはスフェロイドモデルを用いた長年のがん研究の功績ですが、オルガノイドは複数の細胞タイプの間での相互作用を表すため、はるかに広い範囲の主題に応用することができます。

 

業界がいかに順応してきているか

 

最近まで、研究用の実用的な3D培養の開発には時間がかかるために、多くの研究室では利用されることがありませんでした。しかし、今では幅広い種類の実現性のある3D培養を効率的に設計し、培養することをサポートする多種多様の製品があります。

研究者は、3次元培養を可能にする物理的マトリックスと増殖を促進するのに必要な栄養を供給できる最適化されたハイドロゲルを使用できるようになりました。また、スフェロイドマイクロプレートを使用して、何百もの小規模な3D試験をクロストーク無しで一度に行うことができます。

どの癌も同じように治療するのではなく、治療法が患者特異的な生物学的構成に合ったものになってくると、最終的には、患者さんがこの技術のインパクトを最も実感するでしょう。

3D組織培養の可能性がようやく世界中の研究室で十分に理解されつつあり、今では研究者は従来のペトリディッシュの簡便さと実際の動物モデルの有効性を共に手に入れることが可能になっています。