$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
W ciągu ostatniej dekady, coraz więcej badań wdrażało wykorzystanie modeli 3D hodowli komórkowych do zrozumienia koncepcji, które nie są w pełni podsumowane przez hodowlę komórek w 2D na plastiku. Przykładami tych pojęć są zmiany w normalnej polaryzacji komórek nabłonka1, w których utracona jest orientacja przestrzenna wierzchołkowych i podstawnych warstw komórek, a także rola macierzy zewnątrzkomórkowej w regulacji przeżycia i losu komórki. W szczególności w badaniach onkologicznych wykorzystano modele 3D, aby zrozumieć podstawową biologię komórek nowotworowych oraz różnice między systemami hodowli komórkowych 2D i 3D3,4. Rozwój bardziej wyrafinowanych technik hodowli komórkowych i ich dalsza adaptacja do formatów wielodołkowych umożliwiły poszukiwanie nowych leków w warunkach 3D. W przeciwieństwie do komórek hodowanych w warunkach 2D, modele 3D nowotworów różnią się złożonością od warstwowych systemów komórkowych5 do sfer jednokomórkowych o różnych rozmiarach, do złożonych sfer wielokomórkowych typu sup6,7,8. Odkrycie nowych związków lub leków biologicznych, które silnie indukują śmierć komórki w tych systemach modeli 3D, cieszy się zatem dużym zainteresowaniem w kampaniach rozwoju leków. Punkty końcowe tych testów są często identyczne z tymi wykonywanymi w hodowlach 2D w celu oceny zmian w proliferacji komórek, ale gdy są przeprowadzane w bardziej fizjologicznie istotnych warunkach, mogą ujawnić prawdziwy poziom zależności badanego genu lub szlaku docelowego.
Jak wspomniano powyżej, opracowano różne systemy modelowe do badania reakcji leków w systemach hodowli 3D, ale większość z nich wykorzystuje 96 lub 384-dołkowe płytki mikromiareczkowe i nie można ich łatwo dostosować do formatów wysokoprzepustowych badań przesiewowych (HTS), często używanych w kampaniach przesiewowych odkrywania leków. Takie systemy obejmują wykorzystanie technologii wiszących kropel, kultur sferoidalnych, pulsujących komórek z cząstkami magnetycznymi w celu wywołania lewitacji oraz kultur zawierających naturalne lub syntetyczne żele, takie jak kolagen, Matrigel lub glikol polietylenowy (PEG)2. W tym miejscu przedstawiamy szczegółowe metody wcześniej opracowanej techniki wytwarzania kultur sferoidalnych 3D z ustalonych linii komórek nowotworowych w formacie płytki 1536-dołkowej. W tym protokole używane jest wysoce zdefiniowane podłoże, które zapobiega przyłączaniu się normalnie przylegających linii komórkowych9. System ten ma ograniczenia (tj. nie może w pełni podsumować złożonego systemu modelowego raka), niemniej jednak testy te umożliwiają wysokoprzepustowe badania przesiewowe dużych zbiorów małych cząsteczek i przekrojowe porównania odpowiedzi leków między hodowlami 2D i 3D na różne linie komórkowe i związki.
Linie komórkowe wybrane do zademonstrowania metod opisanych w tym artykule zawierają mutacje w genach związanych ze szlakiem sygnałowym MAPK, szlakiem, który jest wysoce rozregulowany w raku i dla którego dostępnych jest wiele terapii. Wiele linii ma aktywujące mutacje onkogenne w wirusie mięsaka szczura Kirsten, określanym również jako KRAS, Neuroblastoma RAS lub NRAS, onkogenie wirusa mięsaka szczura Harveya lub KRAS i powiązanych kinazach Szybko przyspieszone włókniakomięsaki, znane również jako RAF. Najnowsza literatura sugeruje, że inhibitory różnych węzłów tego szlaku są wyjątkowo bardziej skuteczne w podzbiorze linii komórkowych, gdy są hodowane w warunkach 3D9,10. Jedno z badań wykazało, że gdy komórki rakowe z aktywnym RAS były hodowane w 3D, wykazywały zwiększoną wrażliwość na inhibitory MAPK, a ponadto, że takie podejście może zidentyfikować szlaki i docelowe inhibitory, które mogą zostać pominięte w tradycyjnym ustawieniu 2D. Celem pracy jest przedstawienie metod stosowanych do hodowli tych linii komórkowych, a ponadto wykazanie zróżnicowanych odpowiedzi na te inhibitory, które można zaobserwować tylko przy użyciu systemów hodowli komórkowych 3D.