Создание моделей кожи для различных применений - от двумерной (2D) монокультуры до трехмерной (3D) мультикультуры
20 октября 2023 г.
Здесь мы представляем недорогие и простые процедуры по внедрению различных 3D-моделей кожи для рутинных исследований в лаборатории клеточных культур. Исследователи могут создавать модели, адаптированные к их потребностям, не полагаясь на коммерчески доступные модели.
Наша задача состоит в том, чтобы проверить цитотоксичность ингредиентов перед косметическим или медицинским использованием. Коммерческие 3D-модели кожи, ограниченные примерно тремя типами клеток, не отражают реальную сложность кожи. Кроме того, кожа имеет различные типы клеток с основными функциями, что создает проблему для точной оценки воздействия ингредиентов.
Наши результаты показывают, что метод предельной клеточной адгезии позволяет получить более хорошо сформированные сферы по сравнению с широко используемыми методами. Кроме того, он требует меньше манипуляций, обеспечивая большую стабильность сферы. В нашем кожном эквиваленте мы используем до четырех типов клеток кожи, в отличие от коммерческих моделей, которые обычно включают максимум три типа клеток.
Общим для этих клеточных моделей не хватает точности в представлении реального взаимодействия. В то время как коммерческие 3D-эквиваленты кожи обеспечивают лучшее представление тканей, их стоимость ограничивает широкое использование. Следовательно, наши собственные модели позволяют проводить первоначальные экономически эффективные эксперименты на более реалистичной платформе.
Наши протоколы описывают доступные и простые способы создания индивидуальных 3D-моделей скинов, охватывающих сферы и эквиваленты. В отличие от коммерческих вариантов, наши модели предлагают регулируемый внешний вид и композицию, адаптированные к требованиям исследования. Метод доступен, не требует специализированных навыков или оборудования, что делает их тиражируемыми даже начинающими исследователями.
Наша цель состоит в том, чтобы подчеркнуть простоту создания различных трехмерных сотовых моделей, подчеркивая при этом ценность сертифицированных коммерческих моделей в исследованиях. Мы подчеркиваем важность использования реалистичных моделей, таких как сферы и их эквиваленты. Демонстрация того, как элементы создают модели, может помочь в предварительном выборе условий тестирования перед использованием сертифицированных моделей.
Обзор
В данной статье представлены простые и экономичные методики создания индивидуальных 3D-моделей кожи в условиях лабораторий клеточного культивирования. Эти модели могут быть адаптированы под конкретные исследовательские задачи, предоставляя более реалистичную платформу для тестирования ингредиентов и определения цитотоксичности.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Культура клеток
- 3D-модели кожи
- Тестирование цитотоксичности
Теоретические сведения
- Коммерческие 3D-модели кожи ограничены в разнообразии типов клеток.
- Реальная сложность кожи включает в себя различные типы клеток с важными функциями.
- 2D-модели клеток недостаточно точно воспроизводят реальные взаимодействия.
- Стоимость ограничивает широкое применение коммерческих 3D-моделей.
Цель исследования
- Разработать доступные и простые методы создания трехмерных моделей кожи.
- Предоставить исследователям возможность проведения предварительных экспериментов на реалистичных платформах.
- Подчеркнуть важность использования реалистичных моделей для тестирования ингредиентов.
Используемые методы
- Приготовление суспензий клеток кожи из кератиноцитов, фибробластов и меланоцитов.
- Метод «висячей капли» для создания клеточных сфер.
- Метод ограничения адгезии клеток для формирования стабильных агрегатов.
- Мониторинг роста и морфологии клеток с помощью оптической микроскопии.
Основные результаты
- Самостоятельно созданные модели могут включать до четырех типов клеток.
- Методы ограничения адгезии клеток позволяют получать более стабильные и правильно сформированные сферы.
- Индивидуально подобранные модели обеспечивают более точное воспроизведение сложности кожи.
- Модели воспроизводимы даже исследователями без опыта.
Выводы
- Специализированные 3D-модели кожи представляют собой экономически выгодную альтернативу коммерческим вариантам.
- Реалистичные модели имеют решающее значение для точного тестирования ингредиентов.
- Простые протоколы делают эти модели доступными для рутинных исследований.
Часто задаваемые вопросы
Значимость для промышленности
Переход от 2D-монокультур к настраиваемым 3D-мультикультурным моделям кожи отвечает потребности в физиологически релевантных и экономически эффективных платформах для тестирования ингредиентов и цитотоксичности. Такие модели позволяют проводить более точный скрининг и снижение рисков на ранних стадиях, особенно в условиях, когда регуляторные и этические ограничения сокращают использование животных в тестировании. Доступность и адаптивность этих моделей способствуют их более широкому внедрению в процессы поиска и доклинических исследований, что улучшает принятие решений по формированию портфеля препаратов.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Ранние этапы поиска и валидация мишени
- Позволяет исследовать комбинированные эффекты в тканеспецифичном многоклеточном контексте.
- Способствует снижению биологических рисков за счет моделирования реальной сложности кожи с использованием до четырех типов клеток.
- Повышает прогностическую уверенность при раннем отборе ингредиентов или перспективных лекарственных препаратов.
Скрининг и разработка анализа
- Обеспечивает создание валидированных, воспроизводимых 3D-систем для количественного анализа цитотоксичности и тестирования ингредиентов.
- Повышает стандартизацию и масштабируемость анализа по сравнению с коммерческими или 2D-моделями.
- Позволяет проводить надежный предварительный скрининг перед переходом к сертифицированным моделям или моделям регуляторного уровня.
Трансляционные и доклинические исследования
- Приводит тестирование in vitro в соответствие с архитектурой кожи, релевантной заболеванию, для обеспечения трансляционной преемственности.
- Поддерживает движение вперед с учетом рисков, обеспечивая более точные доклинические прогнозы.
- Снижает зависимость от животных моделей, что соответствует принципам 3Rs и регуляторным тенденциям.
Интеграция конвейеров и рабочих процессов
Эти настраиваемые 3D-модели кожи применимы на всех этапах — от раннего поиска до доклинической оценки, восполняя пробел между простыми клеточными тестами и сложными исследованиями in vivo.
- Открывательная биология: обеспечивает проверку гипотез и выяснение механизмов сигнальных путей в многоклеточной среде.
- Скрининг: предоставляет воспроизводимые количественные данные для оценки компонентов и цитотоксичности.
- Аналитика: позволяет проводить сравнительный анализ жизнеспособности клеток, морфологии и целостности тканей при различных условиях.
- Трансляционные исследования: служит платформой для сопоставления результатов in vitro с данными in vivo.
- Корпоративное повторное использование: представляет собой масштабируемую и адаптируемую систему для многократного применения в различных проектах и командах.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: повышает прогностическую достоверность и снижает механистическую неопределенность в исследованиях кожи.
- Операционная ценность: стандартизирует рабочие процессы и обеспечивает воспроизводимость без использования специализированного оборудования.
- Стратегическая ценность: улучшает принятие решений о продолжении или прекращении разработки (go/no-go) и эффективность использования капитала за счет обеспечения раннего реалистичного скрининга.
- Влияние на портфель: поддерживает приоритизацию с учетом рисков и продвижение кандидатов с более высокой биологической релевантностью.
Особенности реализации
- Требуются базовые навыки культивирования клеток; метод доступен как начинающим, так и опытным исследователям.
- Необходимо стандартное лабораторное оборудование; специализированное приборное оснащение не требуется.
- Для обеспечения воспроизводимости и сопоставимости данных требуется стандартизация процедур между исследовательскими группами.
- Метод адаптируем для различных типов клеток и экспериментальных требований.
- Ограничения включают вариативность при ручных манипуляциях и возможность деформации сфер при переносе.
