תרבית תאים – מעבר מ-2D ל-3D ומעבר

לתחום תרבית תאים תפקיד חשוב במגוון רחב של מחקרים ביולוגים –מיצירת מודל למחלות, לבחינת רעילות תרופות ועד ייצור חיסונים.

מסורתית, התרביות היו שטוחות במודל דו ממדי (2D) סטטיסטי, גדלות בצלחות פטרי או בקבוקונים. למודל הדו ממדי מספר מגבלות ולכן בשנים האחרונות מתבצע מעבר לשימוש במודל תלת ממדי (3D) מורכב.

בכדי ללמוד על מגוון הכלים הזמינים במודל ה-3D והיתרונות שיכול לספק לחוקרים, קיימנו שיחה עם ד"ר ריצארד אגלן, סגן הנשיא והמנהל הכללי של "קורנינג מדעי החיים" (Corning Life Sciences).

ש- מה המגבלות של מודלים דו מימדים לתרבית תאים?

ת- המגבלה העיקרית במודלים הדו ממדים נובעת מעצם גידול התאים בשכבה אחת שטוחה על משטח מישורי אשר לא מאפשר שכפול מלא של מיקרו סביבה תאית כפי שמתרחש בתוך האורגניזם (In vivo).
כתוצאה מכך, הם פחות אפקטיביים כמודלים קדם-קליניים לחקר תרופות וניבוי יעילות או רעילות של תרופות בתוך האורגניזם החי (In vivo). במספר מקרים, מתקבל תרגום דל של האפקט החוץ גופי (In vitro) הנראה בתרבית דו ממדית לזו הנראית במצב בתוך האורגניזם החי (In vivo).

ש- לאלו אפליקציות תרביות התלת ממד המתאימות ביותר? האם קיימים מקרים בהם מודלים דו ממדים יתאימו יותר?

ת- אימוץ טכנולוגיית תרבית בתלת ממד (3D) נמצא במגמת עליה במחקר האקדמי ובגילוי תרופות. טכנולוגית תרבית 3D, במיוחד כאשר משולבת בהדמיה אופטית ממוקדת, מאפשרת שימוש בפרוטוקולים שאינם ישימים במודלי תרבית דו ממדים בתהליך סקרינינג של תרופות.
כתוצאה מכך יישום טכנולוגית ה-3D נע בין אונקולוגיה, נוירולוגיה, מחקר תא הגזע ועד הערכת בטיחות תרופות.

למרות זאת, ישנם עדיין מספר אתגרים בשימוש בטכנולוגיית תרבית בתלת ממד (3D). לדוגמא, מספר מודולים של תרבית בתלת ממד, מציגים תפקוד ומורפולוגיה מסובכת יותר בהשוואה לתאי תרבית בדו ממד.
מצב זה יכול להוביל לאתגרים פוטנציאליים בסטנדרטיזציה של המורפולוגיה, הגודל והמורכבות, ובהערכה הסיסטמתית בחקר פענוח מנגנוני פעולה של תרופות.

ש- האם תוכל לספר לנו על השימוש בגידולים ספירואידים במחקר הסרטן וכיצד קורנינג מאפשרת ועוזרת בתחום המחקר הזה?

ת- בהשוואה לתרבית דו ממדית (2D), שבה כ-50% משטח התאים חשוף לנוזל חוץ תאי, בתאי תרבית תלת מימדים (3D) כ-100% משטחם בא במגע עם תאים אחרים או בחומר החוץ תאי.
הקונספט הספירואידי, שהינו חיבור הומוגני או הטרוגני של תאים לצורת כדור, בא לחקות את הפיזיולוגיה והפתו-פיזיולוגיה של הגידול. תאי הספירואידים משכפלים את סביבת המיקרו של הגידול כולל החמצן ומרכיבי ההזנה.

לאחרונה הדגימה חברת קורנינג (Corning)  מודל תלת ממד ספירואידי בכדי ללמוד על יחסי הגומלין בין תאי הסרטן לתאי החיסון ע"י שימוש בצלחות מיקרו 96 וול ספירואיד (Corning 96-well spheroid microplates) ו- מערכת תרבית רקמה HTS Transwell-96.

על ידי החלפת טראנסוול צלחת הקליטה הדו ממדית הסטנדרטית עם התחתית השטוחה (2D flat-bottom Transwell receiver plate) במיקרופלייט ספירואידי של קורנינג ((Corning spheroid microplate, החוקר יכול בצורה פשוטה, איתנה ותלת ממדית לחקור את ביות התא החיסוני, רעילות תאי הגידול, והתחמקות חיסון הגידול.

ש- היכן אתה רואה את העתיד של תרבית התאים? האם יתבצע מעבר לטכנולוגיית 4D ?

ת- כיום השוק מאמץ בצורה מהירה את טכנולוגיות תרבית התאים התלת ממדית, כאשר התקציב המרכזי השנתי למוצרי תרביות ספירואידיות גדל.
אם המספרים מדויקים, להתפתחות בטכנולוגית תרבית תאים 3D תהיה השפעה משמעותית על הוצאות המעבדה.  

כיוונים עתידיים אפשריים כגון Organs On Chips, טכנולוגיות שטף הידרוסטטי, מיקרופלואידיקה והדפסת ביו תלת ממד יאפשרו מעקב בזמן אמת אחר תגובות תאיות בתרכובות חדשות תוך לקיחת החוקר לממד הרביעי של תרבית התאים התלת ממדית (שימו לב כי הממד הרביעי הוא זמן, כלומר לימוד קינטי בתלת ממד).

ש-  האם תוכל לספר לנו על כלי 3D שקורנינג מציעה? כיצד יכולים לעזור לחוקרים?

ת- קורנינג מציעה מגוון רחב של מוצרים לתרבית תאים 3D, אחד מהמוצרים הידועים הוא ה- Corning® Matrigel® Matrix, הידרוג'ל טבעי מבוסס ECM המתאים לתרבית 2D ו- 3D.  למרות שהמוצר אינו חדש הוא נמצא בשימוש מעל 30 שנה ומהווה גולד סטנדרט לתרבית תאים.    

חוקרים משתמשים ב- Corning® Matrigel® matrixו-  Transwell® permeable supports במשך שנים רבות בכדי לחקות את משטח ה-3D ECM אשר עליו התאים גדלים בצורה טבעית.      

הניסיון הרב מאפשר לקורנינג להציע משטחי ECM חדשים ופרוטוקולים עבור תרבית תאים ידנית ותרבית תאים בתלת ממד בתפוקה גבוהה. אלו כוללים 96 well ו- 384 wellספירואיד מיקרופלייטס ומערכות HTS Transwell® לתרבית תאים.

לצלחות המיקרו של קורנינג תחתית עגולה והן מצופות במשטח בעל רמת חיבור תאים אולטרה נמוכה וכתוצאה מכך נוצר מבנה בעל יכולת גבוהה ליצור מחדש, ספירואיד גידול רב תאי יחיד ממורכז בכל well.

בעקבות המעבר המתמשך של מעבדות מתרבית תאים ב-2D ל-3D, החברה מספקת תמיכה טכנית מקצועית ללקוחותיה אשר מתחילים מחקר בתחום או מחפשים טכניקות מתקדמות יותר כולל 3D HTS.