$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Weefselkweek ontwikkeld om celgedrag studeren in een gecontroleerde omgeving om de systemische variabiliteit te minimaliseren bij het vergelijken van verschillende processen in intacte organismen. Deze methode werd voor het eerst opgericht in de vroege jaren 1900 1,2 en verwijst naar een techniek waarbij weefselexplantaten werden gekweekt ex vivo in een glazen schaal. In het midden van de jaren 1900 werd het systeem aangepast aan verspreide cellen in plaats van fragmenten van intacte weefsels groeien, en de begrippen 'weefselkweek' en 'celcultuur' werd synoniem 3. In dergelijke conventionele celculturen cellen worden gekweekt op het oppervlak van de weefselkweek plastic bedekt met groeimedium aangevuld met verschillende groeifactoren. Twee soorten culturen ontstaan op basis van de hechting aantal verschillende cellen: hechtende celkweek, waarbij cellen hechten en verspreiden van de weefselkweek plastic en hechtende culturen, waarbij cellen worden gekweekt in suspensie. Sinds de vroege dagen van de celcultuur, meerdere onsterfelijke cellijnen zijn gemaakt, zoals HeLa 4, de eerste menselijke kanker cellijn. Deze cellijnen hebben het vermogen om oneindig prolifereren in celkweek en de meeste hebben geen speciale behandeling nodig levensvatbaarheid behouden.
De reductionistische benadering van de oorspronkelijke celcultuurmethoden ontworpen om het systeem zo veel mogelijk door alleen het absolute minimum onderdelen om levensvatbaarheid en celproliferatie ondersteunen vereenvoudigen. Echter, vereenvoudigde celkweek benaderingen niet ex vivo meest primaire menselijke celtypes met eindige levensduur te ondersteunen. Daarom zijn nieuwe kweeksystemen ontworpen om het weefsel micro zo dicht mogelijk benaderen, waardoor cel explantaten groeien onder fysiologische omstandigheden. In tegenstelling tot de conventionele / reductionistische celkweek benaderingen, 3-dimensionale (3-D) kweeksystemen worden nu een voorkeurswerkwijze efficiënt cultuur verschillendehumane cellijnen en primaire cellen vervolgens bestuderen mechanismen betrokken bij gezondheid en ziekte, in het kader van een ondersteunende micromilieu. Dergelijke 3-D systemen worden meestal opgezet met gereconstrueerde matrices en / of medium aangevuld met groeifactoren, teneinde het weefsel micro herhalen om celtypen plaats bestuderen. De eerste van deze 3-dimensionale (3-D) cultuurmodellen ontwikkeld borstklier ontwikkeling bestuderen. Om de cellen te voorzien van natuurlijke omstandigheden mamma-epitheliale cellen werden ingebed in Matrigel, collageen IV en laminine-rijke bron van extracellulaire matrix (ECM), en bedekt met groeimedium. Onder dergelijke omstandigheden, de mammaire epitheelcellen vormden clusters lijkt op de borstklier acini en na stimulatie met lactogenic hormonen, die acini afgescheiden caseïne en andere melk proteïnen, in de holle lumina van de acini structuren. Caseïne secretie werd niet waargenomen in standaard kweken zelfs na toevoeging van prolactine 5Verder met de nadruk op het behoud van het micro morfologische en fenotypische eigenschappen van cellen. Een andere demonstratie van het verlies van de normale cellulaire functie wanneer de cellen worden uit de context van hun fysiologische micro-omgeving is een demonstratie die zonder ondersteunende micromilieu, keratinocyten niet gelaagde epidermis 6 vormen. Een aantal andere 3-D-modellen zijn gemaakt om ex vivo vermeerdering van primaire cellen 7,8 toestaan.
De cruciale rol van micromilieu in celgedrag is elegant aangetoond in een studie waarbij mammaire epitheelcellen vormden "binnenstebuiten" acini indien gekweekt in collageen matrix, in vergelijking met de juiste gepolariseerde acini dat Matrigel werden gevormd. Dit verlies van goede morfologie werd teruggezet wanneer laminine-producerende myo cellen werden toegevoegd aan de culturen collageen I 9. Bovendien is juist micromilieu vereist nauwkeurigegenotype manifestatie. Gekweekt in een schotel, MCF7-borstkankercellen getransfecteerd met een cel-cel adhesie molecuul CEACAM1 zich precies hetzelfde als de getransfecteerde CEACAM negatieve cellen. Echter, indien gekweekt in Matrigel, in contact met ECM, wildtype MCF7 vorm tumor-achtige structuren, terwijl MCF7 cellen die met CEACAM1 terugkeren naar een normaal fenotype en vorm acini met holle Lumena, zoals is vastgesteld met nonmalignant mamma-epitheel 10. Ook blokkeert β1-integrine in borstkankercellen ofwel hun gedrag veranderen onder standaard kweekomstandigheden, maar hetzelfde experiment uitgevoerd in 3-D culturen blijkt dat het blokkeren β1-integrine keert maligne cellen een normaal fenotype 11. Daarom wordt weefsel micro niet alleen nodig om cellevensvatbaarheid te behouden, maar ook om goede celfunctie behouden.
Naast het verschaffen van een systeem waarbij celgedrag onder fysiologische omstandigheden kan worden bestudeerds, 3-D culturen functioneren als robuust en betrouwbaar medium voor preklinische testen van nieuwe therapieën 8,12,13. Kweken van cellen in 3-D laat screenen van onderzoekssamenstellingen onder de voorwaarden van milieutechnische gemedieerde resistentie 14, waarin de bijdrage van cel-cel en cel-ECM-adhesie kon worden beoordeeld. Bovendien kan off-target toxiciteit van nieuwe verbindingen worden vastgesteld door de combinatie van meerdere cellulaire compartimenten van verschillende weefsels. Dergelijke schermen kunnen sneller worden uitgevoerd en zijn meer kosten-effectiever dan de vergelijkbare studies in vivo 8.
Hier presenteren we een opstelling van een 3-D model van gereconstrueerde beenmerg (rBM) waarin normale en kwaadaardige beenmerg (BM) cellen prolifereren ex vivo in een systeem nauw nabootsen het micromilieu van de menselijke BM. Vorige pogingen groeiende primaire humane BM cellen in 2-D culturen vloeibare of aanhangende hulpkweken met verschillende onderdelen van BM stromaOf 3-D, halfvast agar culturen hebben beperkt succes gehad als gevolg van hun onvermogen om de cellen te voorzien van de bestanddelen van weefsel micro 15-18. In deze systemen hadden primaire BM cellen slechte levensvatbaarheid en mislukte ex vivo te woekeren. Een ander systeem waarbij humane BM progenitorcellen worden gekweekt in bolvormige hulpkweken met BM stromale cellen een 3-D systeem waarbij levensvatbaarheid en proliferatie van hematopoietische stamcellen werd gehandhaafd gedurende ten minste 96 uur 19. Hoewel zeer gunstig voor het begrip van de hematopoïetische voorlopercellen biologie, dit systeem niet getrouw recapituleren het micromilieu van de BM door het ontbreken van ECM componenten, dus het nut beperken. De RBM model hier beschreven vormt een samenhangend systeem waar zowel cellulaire en extracellulaire compartimenten van het menselijk BM worden gereconstrueerd in vitro. We zien dat rBM culturen ex vivo groei van normale humane BM cellen ondersteunen, zoals well als cellen geïsoleerd uit patiënten met verschillende hematologische aandoeningen.