$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
İnsan fizyolojik ve ilişkili patolojik konular üzerine yapılan çalışmaların karşılaştığı mevcut zorluklardan biri, insan organlarının karmaşık işlevlerini doğru bir şekilde taklit eden modellerin eksikliğidir. İnsan BM 3D modelleri söz konusu olduğunda, birçok model hidrojeller kullanır ve BM'yi kısmen yeniden üretir, bu da örneğin daha iyi bir osteoblastik farklılaşma 27,28 sağlamak için klasik2D kültürlere kıyasla 3D kültür koşullarının gücünü gösterir. Bununla birlikte, iyi tekrarlanabilirlik ve kullanım kolaylığına rağmen, bu sistemler insan BM 3D yapısını ve mimarisini taklit etmez ve bu da daha sonraki analizleri önemli ölçüde etkileyebilir. Teknolojik gelişmeler, bilim adamlarının bazı HSC özelliklerini korumak için perfüzyon tabanlı bir biyoreaktör sistemi kullanarak yerli insan osteoblastik niş ortamını daha iyi yeniden üretmelerini sağlamıştır29. Mikroakışkan cihazların geliştirilmesi, ilgili kemik iliği benzeri bir yapıyı yeniden üretmek için yeni yaklaşımlara yol açmıştır, ancak şimdiye kadar kemik iliğinin yalnızca sınırlı özelliklerini elde etmiş ve bu nedenle uygulamaları kısıtlamıştır30,31,32,33.
Malzeme bilimlerindeki ilerlemeler, ilgili 3D kemik kültürü sistemlerini geliştirmek için kullanılabilecek çok çeşitli doğal veya sentetik biyomalzemelerin geliştirilmesine katkıda bulunmuştur. Bununla birlikte, bu tür sistemlerin biyofizikte kurum içi becerileri olmayan standart biyolojik laboratuvarlarda geliştirilmesi bazen zordur. Dahası, çoğu durumda, bu sistemler BM mikro ortamı da dahil olmak üzere insan kemiğinin 3D yapısını taklit etmek için sınırlı bir yetenek elde eder ve yapay olarak zengin bir kültür ortamı yaratarak büyük miktarda sitokin ve büyüme faktörü kullanmıştır34.
Adipositik farklılaşma yerine osteoblastik farklılaşmayı indükleme seçimi, preosteoblastların ve osteoblastların endosteal niş35'in bir parçası olarak tanımlanmasına dayanıyordu. Bu, osteoblastik hücreleri hem kemik hem de kemik iliğinin istenen bileşenleri olarak tanımladı. Kemik iliğinin hücresel bileşenleri arasında, endotel ve stromal hücreler mikro çevrenin büyük bir bölümünü kaplar. Ek olarak, bu iki hücre tipi, kalsifiye bir yapı oluşturmak için burada talep edilen homeostaz ve farklılaşmanın düzenlenmesinde rol oynayan hücre dışı matriksin ve sitokinlerin yapısal hücresel olmayan bileşenlerini üretir. Bu nedenle, bu, endotel ve stromal hücrelerin kullanımını ve kolay erişim sağlamak ve laboratuvarlar arasında tekrarlanabilirliği artırmak için hücre hatları seçimimizi haklı çıkarır. HMEC-1 hattının kültürü zamanla daha kararlı hale geldiğinden, bu hücre hattı 3D sistemin geliştirilmesi için korundu. Stromalik hücreler için, 2D kültürde normal kemik iliğinden türetilen stromal hücre hatlarının osteoblast farklılaşma kapasitesini karşılaştırdık: HS5 ve HS27A. HS5 hattının, her iki hücre çizgisiyle oluşturulan 3D sistemdeki HS27A çizgisi kadar farklılaşmadığını bulduk. Bu bağlamda, HS27A hücrelerini HS5 hattı ile değiştirme girişimleri, HS27A'nın daha uygun olduğunu düşündüren daha az sert bir yapının üretilmesiyle sonuçlanmıştır.
Hem HS27A hem de HMEC-1 hücre hatları, HMEC-1'in osteoblast yapıları boyunca en iyi sert yapısını ve hizalamalarını ortaya çıkardığı farklı ortam kombinasyonlarında kültürlenmiştir, böylece hücre dışı matrisin üretimi temel yapıya göreceli bir sertlik getirmektedir. D14'te farklılaşmanın ilerlemesinin analizi, farklılaşmanın D21'de (BSP ölçümü, geç osteoblastik belirteç), HMEC-1: HS27A için 1: 2 oranında ve 2 × 106 HS27A tanıtıldığında daha iyi sonuçlarla daha gelişmiş olduğunu göstermiştir. Endotel hücreleri ayrıca homeostazı ve farklılaşmayı düzenlemede önemli bir role sahiptir (diğer şeylerin yanı sıra sitokinlerin temini yoluyla). HMEC-1 hücrelerinin bu sistemde muhafaza edilmesi, en azından bu rolü yerine getirebileceklerini gösteriyor ve bu da modelimizin meşruiyetine katkıda bulunuyor. HMEC-1 endotel hattı için, yapıya düzgün bir şekilde entegre edilebilmesi ve bu hücrelerin yapı içinde hizalamalar ve hatta tüpler oluşturabileceği umuduyla yeterince erken tanıtılması önemliydi. HS27A ve HMEC-1'in ko-kültür testleri, ikincisi farklı aşamalarda tanıtılarak gerçekleştirildi: D0, D7, D14; ne stromal hücrelerin farklılaşmasında ne de endotel hücrelerinin korunmasında veya konumlandırılmasında kayda değer bir fark gözlenmedi. Böylece, bu hücreler sürecin başında tanıtıldı. Hematopoetik hücreler, osteoblastik farklılaşmanın hücre-hücre etkileşimlerini destekleyecek kadar gelişmiş olacağı bir zamanda tanıtıldı. Bu seçim aynı zamanda, bu osteoblastik farklılaşmanın, testlerimize göre, hematopoetik hücrelerin bakımını tam olarak desteklemeyen bir ortamın kullanılmasıyla şartlandırılması gerçeğiyle de şartlandırılmıştır. Hematolojik hücreler hücre hatları veya primer BM CD45 hematopoetik hücreler olabilir.
Bu 3D modelden, her hücre tipinin normal veya patolojik birincil hücrelerle değiştirilmesini veya hatta bağışıklık hücreleri, adipositler veya fibroblastlar gibi biyomimetik özellikleri artırmak için başka hücre tipleri eklemeyi öngörebiliriz26. Aslında, HS27A hücre hattı, düşük geçişli birincil BM MSC'lerle değiştirilmiştir. Benzer şekilde, hematolojik hücre hatları primer BM hematopoetik hücrelerle değiştirildi. Bununla birlikte, HMEC-1 hücrelerinin primer endotel hücreleri ile değiştirilmesi henüz test edilmemiştir. Şu anda, bu model vaskülatür temsili açısından hala geliştirilebilir, çünkü endotel hücreleri mevcut olmasına ve mikroçevreden diğer hücrelerle (örneğin, hematopoetik hücreler) doğru bir şekilde etkileşime girmesine rağmen, yapılandırılmış damarlar oluşturmazlar, böylece fonksiyonel kan damarlarını taklit etmek için akış perfüzyonunu önlerler. Genel olarak, bu, mevcut minimum 3B modelin karmaşıklığını ve temsiliyetini kademeli olarak artırabilir. Diğer hücre tiplerinin eklenmesi, lokal BM inflamasyonunun önemi veya immünoterapiye direnç gibi diğer konuları araştıran çalışmaları kolaylaştırabilir.
Bununla birlikte, bu 3D sistemin ilgilendiği hücrelerin, metastaz sürecinin değerlendirilmesi durumunda hematolojik hücrelerin veya epitel kanseri hücrelerinin eklenebilmesi için 3 haftaya ihtiyacı vardır. Steril koşulların korunması gerekir, çünkü haftada iki kez orta değişiklikler bazen orta kontaminasyona neden olabilir. Ayrıca, bazı hücreler kesici ucun gözeneklerinden geçip kuyuya dağılmaya başlayabileceğinden, orta tüketimin artmasına neden olabileceğinden, düzenli izleme önerilir.
Burada osteoblastik farklılaşmaya izin veren bir 3D iskele tanımladık ve in vitro , 3D, insan BM benzeri bir mikro çevre geliştirdik. Bu sistem yerinde analize ve nihai canlı hücre alımına izin verir. Bu sistem, insan BM mikro ortamındaki etkileşimleri ve mekanizmaları incelemek için geniş bir uygulama yelpazesine sahip, tekrarlanabilir ve kullanıcı dostu yeni ve son derece esnek bir araç sağlar.