$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
على مدار الخمسين عاما الماضية ، أظهرت العديد من تحقيقات بيولوجيا الخلية أن الثقافات ثنائية الأبعاد (2D) تفشل في تكرار الظروف في الجسم الحي التي لوحظت بدقة في النماذجالحيوانية 1. من الناحية الهيكلية ، لا تسمح مزارع الخلايا ثنائية الأبعاد للخلايا بالتنظيم ثلاثي الأبعاد وتكرار الوضع الذي لوحظ في أنظمة in vivo . علاوة على ذلك ، يتم تغيير مسارات الإشارات الخلوية في الثقافات ثنائية الأبعاد مقارنة بالثقافات ثلاثية الأبعاد (3D) ، والتي يمكن أن تفسر على الأرجح سبب تباين أنواع معينة من فحص الأدوية باستخدام الثقافات ثنائية الأبعاد2. ظهر تقدم كبير في تقنيات زراعة الخلايا مع إدخال أنظمة الثقافة ثلاثية الأبعاد. تختلف أنظمة 3D اختلافا كبيرا في التعقيد اعتمادا على التركيب الخلوي والهندسة الخلوية. بشكل عام ، يتم إنشاء نوعين من الهياكل ، وهما: الكرويات والعضيات. توصف الكرات الكروية بأنها مجموعات بسيطة من الخلايا التي يتم الحصول عليها من الأنسجة الطبيعية أو السرطانية والأجسام الجنينية وخطوط الخلايا. يتأثر تكوين الهياكل ثلاثية الأبعاد بعوامل مختلفة ، بما في ذلك تفاعلات الخلية والخلية ومسارات الإشارات بوساطة مكونات المصفوفة خارج الخلية (ECM) ، والتي توفر الدعم الهيكلي والإشارات الكيميائية الحيوية. تنظم هذه العناصر التفاعلات التي تساهم في تنظيم الأنسجة ووظيفتها3. تم وصف نظام الثقافة الكروية لأول مرة في أوائل السبعينيات ، باستخدام خطوط خلايا رئة الهامستر الصينية V79 كنموذج للسرطان العقدي ، الذي ينمو في ظل ظروف غير ملتصقة ويشكل مجالات مثالية4. توصف العضيات بأنها مجموعات من أنواع الخلايا الخاصة بالأعضاء المشتقة من الخلايا الجذعية أو السلفية ، والتي تنظم ذاتيا من خلال العمليات ، مثل فرز الخلايا ومواصفات النسب ، بطريقة محدودة مكانيا ، مما يعكس التطور في الجسم الحي 5.
تتوفر العديد من الطرق والمواد المتاحة لخلايا الزراعة في ظل ظروف ثلاثية الأبعاد. الطرق الرئيسية المستخدمة حاليا لتوليد ثقافات ثلاثية الأبعاد هي: 1) قطرات معلقة. 2) ثقافة الخلايا الدوارة والبلاستيك منخفض التعلق ؛ 3) صفائح هرمية تحتوي على آبار مخروطية ؛ 4) السقالات الكبيرة التي يسهل اختراقها. 5) الخرز المغناطيسي. و 6) الهلاميات المائية الخالية من السقالات.
القطرات المعلقة هي الطريقة المستخدمة للحصول على ثقافات ثلاثية الأبعاد خالية من السقالات. تقدم هذه الطريقة قيودا معينة ، بما في ذلك الحاجة إلى معالجة واسعة النطاق ، وكفاءة إنتاج منخفضة ، وهندسة كروية ، والتعرض لقوى قص عالية. علاوة على ذلك ، يمكن أن تكون الإجراءات المحددة ، مثل الاستبدال المتوسط أو الإضافة المركبة ، صعبة وقد تؤدي إلى فقدان المواد. علاوة على ذلك ، تشير تقارير الأدبيات إلى أن بعض خطوط الخلايا تفشل في إنتاج كرويات معبأة بإحكام عند استخدام هذا النهج6.
تستخدم زراعة الخلايا الدوارة والبلاستيك منخفض الارتباط لمنع الخلايا من الالتصاق بالركيزة ، مما يؤدي إلى تجمعها وتشكيل كرويات. تتطلب هذه العملية قوارير محددة و / أو تحريض / دوران. على الرغم من أن هذا هو أحد أكثر الأساليب مباشرة لإنتاج الكرويات أو العضيات على نطاق واسع ، إلا أنه لا يخلو من عيوب ، مثل الحاجة إلى معدات معينة ، وطول عمر الثقافة المنخفض ، واختلاف الحجم في الكرويات ، والأضرار الميكانيكية للخلايا ، والكفاءة المنخفضة6.
الصفائح الهرمية التي تحتوي على آبار مخروطية هي صفائح متوفرة تجاريا تؤثر على التكاليف ، بالإضافة إلى حقيقة أن بعض التلاعبات قد تعيق تكوين الكرويات / العضيات7.
تستخدم السقالات الكبيرة التي يسهل اختراقها أيضا للثقافة ثلاثية الأبعاد. ومع ذلك ، تكمن العقبة الرئيسية في تحقيق تلقيح الخلايا الفعال والتوزيع المنتظم. تنشأ هذه المشكلة لأن أحجام المسام قد تكون إما صغيرة جدا لاختراق الخلايا أو كبيرة جدا للاحتفاظ بالخلايا بشكل آمن. لمعالجة هذه المشكلة ، تم استكشاف العديد من الاستراتيجيات8 ، والتي تؤثر بشكل مباشر على تعقيد هذه التقنية وتكلفتها.
تولد منهجية الخرز المغناطيسي عددا صغيرا من الكرويات / العضيات ، ولها تكلفة عالية ، وقد تترك بقايا الجسيمات النانوية داخل الخلايا9.
من بين أنظمة زراعة الأجسام الكروية ، تتوفر هيدروجيل الاغاروز غير اللاصق ، والذي يمثل هيدروجيل خال من السقالات. يوفر هذا النهج فوائد ملحوظة ، مثل التحكم الدقيق في حجم الهياكل ثلاثية الأبعاد والقدرة على توليد عدد كبير من هذه الهياكل لكل لوحة. في هذه الطريقة ، يتم إدخال الخلايا في هيدروجيل مع آبار مسبقة التشكيل ، حيث تغرق وتتجمع ذاتيا في كرويات ثلاثية الأبعاد10.
في هذه الدراسة ، نقدم جهازا ومنهجية لتوليد آبار الاغاروز الصغيرة باستخدام قالب micropattern بطريقة بسيطة وفعالة وقابلة للتكرار ومنخفضة التكلفة.
يهدف استخدام هذا الطابع كقالب لتوليد الآبار الصغيرة في agarose ، بمساعدة الجاذبية ، إلى تعزيز تفاعل الخلايا داخل الميكروWell والتنظيم الخلوي ، وتوليد هياكل ثلاثية الأبعاد (كرويات / عضويات) في المختبر بطريقة بسيطة وفعالة وقابلة للتكرار ومنخفضة التكلفة ، وبالتالي توفير وقت البحث والموارد المختبرية.