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Coltura tissutale è stato sviluppato per studiare il comportamento delle cellule in un ambiente controllato per ridurre al minimo la variabilità sistemica quando si confrontano i vari processi in organismi intatti. Questo metodo è stata fondata nei primi anni del 1900 a 1,2 e si riferisce ad una tecnica in cui espianti di tessuto sono state coltivate ex vivo in un piatto di vetro. A metà del 1900 il sistema è stato adattato per far crescere le cellule disperse piuttosto che frammenti di tessuti intatti, e 'la cultura del tessuto' i termini e 'di coltura cellulare' diventato sinonimo 3. In tali sistemi di colture cellulari convenzionali cellule sono cresciute sulla superficie della plastica coltura di tessuti sovrapposti con terreno di coltura addizionato con diversi fattori di crescita. Due tipi di colture sono emersi sulla base delle capacità di adesione di cellule diverse: coltura di cellule aderenti, in cui le cellule si attaccano e diffondono sulla plastica coltura tissutale e colture non aderenti, in cui le cellule vengono propagate in sospensione. Fin dai primi giorni di cellacultura, più linee cellulari immortali sono state create, come HeLa 4, la prima linea di cellule di cancro umano. Queste linee cellulari hanno la capacità di proliferare indefinitamente in coltura cellulare, e la maggior parte non richiedono alcun trattamento speciale per mantenere la vitalità.
L'approccio riduzionista dei metodi di coltura cellulare originale è stato progettato per semplificare il sistema, per quanto possibile includendo solo i componenti minimo necessario per mantenere la vitalità e la proliferazione cellulare. Tuttavia, gli approcci di coltura cellulare semplificati non riescono a sostenere ex vivo la maggior parte dei tipi principali di cellule umane con limitata durata. Pertanto, i nuovi sistemi di coltura sono stati progettati per approssimare il microambiente tissutale più vicino possibile, permettendo così espianti di cellule di crescere in condizioni fisiologiche. In contrasto con le / approcci convenzionali di coltura cellulare riduzioniste, 3-dimensionale (3-D) sistemi di coltura stanno diventando il metodo preferito per la cultura in modo efficiente varilinee cellulari umane e cellule primarie di studiare successivamente meccanismi coinvolti nella salute e malattia, nel contesto di un microambiente favorevole. Tali sistemi 3-D sono solitamente realizzate utilizzando matrici ricostruite e / o medie, completata con fattori di crescita, per ricapitolare microambiente tissutale per studiare tipi cellulari di interesse. La prima di queste 3 dimensioni (3-D) modelli di coltura è stato sviluppato per studiare lo sviluppo della ghiandola mammaria. Per fornire le cellule con condizioni native cellule epiteliali mammarie sono stati incorporati in Matrigel, collagene IV e ricca fonte-laminina di matrice extracellulare (ECM), e ricoperto con terreno di crescita. In tali condizioni, le cellule epiteliali mammarie formano cluster somiglianti acini mammaria, e dopo stimolazione con ormoni lattogenica, questi acini secreti caseina e altre proteine del latte, nel Lumena cavità delle strutture acini simili. Secrezione di caseina non è stata osservata in culture normali anche dopo aggiunta di prolattina 5, Sottolineando ulteriormente il ruolo del microambiente nel preservare le caratteristiche morfologiche e fenotipiche delle cellule. Un'altra dimostrazione della perdita della normale funzione cellulare quando le cellule sono prese fuori dal contesto della loro microambiente fisiologico è la dimostrazione che senza microambiente favorevole, cheratinociti non riescono a formare epidermide stratificati 6. Un certo numero di altri modelli 3-D è stato creato per permettere a ex vivo propagazione di pile 7,8.
Il ruolo cruciale del microambiente nel comportamento cellulare era elegantemente dimostrata in uno studio in cui cellule epiteliali mammarie formate "inside-out" acini quando coltivate in collagene I matrice, rispetto al acini polarizzata corretto e che si sono formate in Matrigel. Questa perdita di corretta morfologia è invertita quando le cellule mioepiteliali-laminina produzione sono stati aggiunti alle colture collagene I 9. Inoltre, corretta microambiente è necessario per l'accuratagenotipo manifestazione. Cresciuto in un piatto, cellule tumorali mammarie MCF7 trasfettate con una cellula-cellula molecola di adesione CEACAM1 si comportano esattamente come le cellule negative CEACAM non trasfettate. Tuttavia, quando coltivate in Matrigel, a contatto con la ECM, strutture tumore-come forma di tipo selvatico MCF7 mentre MCF7 cellule trasfettate con CEACAM1 ritornano ad un fenotipo e forma normale acini con Lumena vuoto, come è stato stabilito con nonmalignant epitelio mammario 10. Analogamente, il blocco-β1 integrine in cellule di carcinoma mammario non cambia il loro comportamento in condizioni standard di coltura, ma lo stesso esperimento condotto in colture 3-D dimostra che bloccare β1-integrina ritorna cellule maligne ad un fenotipo normale 11. Pertanto, microambiente tissutale non è necessaria solo per mantenere la vitalità cellulare, ma anche di mantenere corretta funzionalità delle cellule.
Oltre a fornire un sistema in cui il comportamento delle cellule può essere studiato in condizioni fisiologiches, culture 3-D funzionano mezzo robusto e affidabile per la prova preclinica di nuove terapie 8,12,13. Coltura di cellule in 3-D permette lo screening di composti sperimentali nelle condizioni di ambiente mediata farmaco-resistenza 14, in cui potrebbe essere valutato il contributo di cellula-cellula e cellula-ECM adesione. Inoltre, la tossicità fuori bersaglio di nuovi composti può essere accertata incorporando diversi compartimenti cellulari di vari tessuti. Tali schermi possono essere eseguite più rapidamente e sono più conveniente rispetto gli studi comparabili in vivo 8.
Qui vi presentiamo un impostazione di un modello 3-D di midollo osseo ricostruito (RBM), dove normale e maligna del midollo osseo (BM), le cellule proliferano ex vivo in un sistema mimando il microambiente del BM umana. Precedenti tentativi di crescita delle cellule umane primarie BM nelle culture 2-D, liquido o co-colture aderenti con i vari componenti della BM stroma, O 3-D, culture agar semisolido hanno avuto un successo limitato a causa della loro incapacità di fornire le cellule con i componenti del tessuto microambiente 15-18. In questi sistemi cellule midollari primarie hanno avuto scarsa vitalità e non è riuscito a proliferare ex vivo. Un altro sistema in cui le cellule progenitrici midollari umane sono coltivate in co-colture sferoidali con cellule stromali BM è un sistema 3-D in cui è stata sostenuta vitalità e la proliferazione di cellule staminali per almeno 96 ore 19. Tuttavia, anche se di grande beneficio per la comprensione della biologia progenitrici ematopoietiche, questo sistema non fedelmente ricapitolare il microambiente del BM per l'assenza di componenti ECM, pertanto, limitando la sua utilità. Il modello RBM qui descritta presenta un sistema completo in cui entrambi i compartimenti cellulari ed extracellulari della BM umano sono ricostruiti in vitro. Abbiamo dimostrato che le culture meccanismi in grado di supportare la crescita ex vivo di cellule normali BM umane, come abbiamoll come cellule isolate da pazienti con vari disturbi ematologici.