2D and 3D culture of stem cells
DOI:
https://doi.org/10.12775/JEHS.2023.16.01.007Keywords
mesenchymal stem cells, culture 3D, culture 2D, dietary supplement, extracellural matrixAbstract
Wstęp i cel: Komórki macierzyste są szeroko stosowane w wielu naukach, szczególnie w chorobach. Dzięki swoim właściwościom proliferacyjnym i zdolności do tworzenia się w innych elementach organizmu zastosowanie w mechanizmie regeneracyjnym, przy zachowaniu charakterystycznych parametrów oparzeń, odbudowie układu krwiotwórczego. później je pozyskać z wielu dzieci m.in. składników tłuszczowej, szpiku kostnego, krwi pępowinowej czy mleka kobiecego.
Obecny stan wiedzy: Dlatego ważne jest, aby wykorzystać metodę hodowli, dzięki której w krótkim czasie możemy uzyskać wyniki badań, które pozwolą wykonać życie i zróżnicowanie się w innych typach. Do hodowli jest uzyskiwana ilość ilości energii, źródło węgla, składniki odżywcze i powietrze. Najpowszechniej jest metodą 2D, która jest dość tania i skuteczna do wykonania. Metoda 3D, choć droższa i wyższa pracochłonna, jest wyższa wydajna. Metodą 3D, czyli sferyczną, mamy możliwość uzyskania środowiska, które zapewnia warunki in vivo, których nie uzyskujemy metodą 2D. Komórki hodowane sferycznie dobrze bodźce ze środowiska w trzech wymiarach, na poziomie komórka-komórka i komórka-macierz zewnątrzkomórkowa.Wykorzystaj dodatkowy przepływ cytokin, składników odżywczych, czynników wzrostu i chemokin.
Wnioski: W przyszłości metoda 3D może wyprzeć metody hodowli 2D. Zapewnij warunki zbliżone do tych w wynikach, możemy ocenić wyniki testów analizowanych na zwierzętach. Obecnie w takich kulturach coraz częściej testuje się leki stosowane w onkologii i określa się ich efekt terapeutyczny.
References
Zakrzewski W, Dobrzyński M, Szymonowicz M, Rybak Z.; Stem Cells Past Present and Future; Stem Cell Res Ther. 2019 Feb 26;10(1):68. doi: 10.1186/s13287-019-1165-5. PMID: 30808416; PMCID: PMC6390367.
McKee C, Chaudhry GR. Advances and challenges in stem cell culture. Colloids Surf B Biointerfaces. 2017 Nov 1;159:62-77. doi: 10.1016/j.colsurfb.2017.07.051. Epub 2017 Jul 27. PMID: 28780462.
Raghuram AC, Yu RP, Lo AY, Sung CJ, Bircan M, Thompson HJ, Wong AK. Role of stem cell therapies in treating chronic wounds: A systematic review. World J Stem Cells. 2020 Jul 26;12(7):659-675. doi: 10.4252/wjsc.v12.i7.659. PMID: 32843920; PMCID: PMC7415243.
Rein ID, Notø HØ, Bostad M, Huse K, Stokke T. Cell Cycle Analysis and Relevance for Single-Cell Gating in Mass Cytometry. Cytometry A. 2020 Aug;97(8):832-844. doi: 10.1002/cyto.a.23960. Epub 2020 Jan 14. PMID: 31943748.
Nery AA, Nascimento IC, Glaser T, Bassaneze V, Krieger JE, Ulrich H. Human mesenchymal stem cells: from immunophenotyping by flow cytometry to clinical applications. Cytometry A. 2013 Jan;83(1):48-61. doi: 10.1002/cyto.a.22205. Epub 2012 Oct 1. PMID: 23027703.
Carter K, Lee HJ, Na KS, Fernandes-Cunha GM, Blanco IJ, Djalilian A, Myung D. Characterizing the impact of 2D and 3D culture conditions on the therapeutic effects of human mesenchymal stem cell secretome on corneal wound healing in vitro and ex vivo. Acta Biomater. 2019 Nov;99:247-257. doi: 10.1016/j.actbio.2019.09.022. Epub 2019 Sep 17. PMID: 31539656; PMCID: PMC7101245.
Kaminska A, Wedzinska A, Kot M, Sarnowska A. Effect of Long-Term 3D Spheroid Culture on WJ-MSC. Cells. 2021 Mar 24;10(4):719. doi: 10.3390/cells10040719. PMID: 33804895; PMCID: PMC8063822.
Kusuma GD, Li A, Zhu D, McDonald H, Inocencio IM, Chambers DC, Sinclair K, Fang H, Greening DW, Frith JE, Lim R. Effect of 2D and 3D Culture Microenvironments on Mesenchymal Stem Cell-Derived Extracellular Vesicles Potencies. Front Cell Dev Biol. 2022 Feb 14;10:819726. doi: 10.3389/fcell.2022.819726. PMID: 35237601; PMCID: PMC8882622.
Hassiotou, F., Beltran, A., Chetwynd, E., Stuebe, A.M., Twigger, A.J., Metzger, P., Trengove, N., Lai, C.T., Filgueira, L., Blancafort, P., Hartmann, P.E. (2012). Breastmilk is a novel source of stem cells with multilineage differentiation potential. Stem Cells., (10):2164-74. doi: 10.1002/stem.1188.
Walecka I, Gil-Kulik P, Krzyżanowski A, Czop M, Galkowski D, Karwat J, Chomik P, Świstowska M, Kwaśniewska A, Bogucka-Kocka A, Kocki J. Phenotypic Characterization of Adherent Cells Population CD34+ CD90+ CD105+ Derived from Wharton's Jelly. Med Sci Monit. 2017 Apr 19;23:1886-1895. doi: 10.12659/msm.902186. PMID: 28422936; PMCID: PMC5405783.
Jensen C, Teng Y. Is It Time to Start Transitioning From 2D to 3D Cell Culture? Front Mol Biosci. 2020 Mar 6;7:33. doi: 10.3389/fmolb.2020.00033. PMID: 32211418; PMCID: PMC7067892.
Duval K, Grover H, Han LH, Mou Y, Pegoraro AF, Fredberg J, Chen Z. Modeling Physiological Events in 2D vs. 3D Cell Culture. Physiology (Bethesda). 2017 Jul;32(4):266-277. doi: 10.1152/physiol.00036.2016. PMID: 28615311; PMCID: PMC5545611.
Habanjar O, Diab-Assaf M, Caldefie-Chezet F, Delort L. 3D Cell Culture Systems: Tumor Application, Advantages, and Disadvantages. Int J Mol Sci. 2021 Nov 11;22(22):12200. doi: 10.3390/ijms222212200. PMID: 34830082; PMCID: PMC8618305.
Baruffaldi D, Palmara G, Pirri C, Frascella F. 3D Cell Culture: Recent Development in Materials with Tunable Stiffness. ACS Appl Bio Mater. 2021 Mar 15;4(3):2233-2250. doi: 10.1021/acsabm.0c01472. Epub 2021 Feb 26. PMID: 35014348.
Ryu NE, Lee SH, Park H. Spheroid Culture System Methods and Applications for Mesenchymal Stem Cells. Cells. 2019 Dec 12;8(12):1620. doi: 10.3390/cells8121620. PMID: 31842346; PMCID: PMC6953111.
Cesarz Z, Tamama K. Spheroid Culture of Mesenchymal Stem Cells. Stem Cells Int. 2016;2016:9176357. doi: 10.1155/2016/9176357. Epub 2015 Nov 16. PMID: 26649054; PMCID: PMC4663368.
Wolff A, Frank M, Staehlke S, Peters K. A Comparative Study on the Adipogenic Differentiation of Mesenchymal Stem/Stromal Cells in 2D and 3D Culture. Cells. 2022 Apr 13;11(8):1313. doi: 10.3390/cells11081313. PMID: 35455993; PMCID: PMC9029885.
Ylostalo JH. 3D Stem Cell Culture. Cells. 2020 Sep 27;9(10):2178. doi: 10.3390/cells9102178. PMID: 32992579; PMCID: PMC7600463.
Ciardulli MC, Marino L, Lovecchio J, Giordano E, Forsyth NR, Selleri C, Maffulli N, Porta GD. Tendon and Cytokine Marker Expression by Human Bone Marrow Mesenchymal Stem Cells in a Hyaluronate/Poly-Lactic-Co-Glycolic Acid (PLGA)/Fibrin Three-Dimensional (3D) Scaffold. Cells. 2020 May 20;9(5):1268. doi: 10.3390/cells9051268. PMID: 32443833; PMCID: PMC7291129.
Madrigal M, Rao KS, Riordan NH. A review of therapeutic effects of mesenchymal stem cell secretions and induction of secretory modification by different culture methods. J Transl Med. 2014 Oct 11;12:260. doi: 10.1186/s12967-014-0260-8. PMID: 25304688; PMCID: PMC4197270.
Marques IA, Fernandes C, Tavares NT, Pires AS, Abrantes AM, Botelho MF. Magnetic-Based Human Tissue 3D Cell Culture: A Systematic Review. Int J Mol Sci. 2022 Oct 21;23(20):12681. doi: 10.3390/ijms232012681. PMID: 36293537; PMCID: PMC9603906.
Park Y, Huh KM, Kang SW. Applications of Biomaterials in 3D Cell Culture and Contributions of 3D Cell Culture to Drug Development and Basic Biomedical Research. Int J Mol Sci. 2021 Mar 2;22(5):2491. doi: 10.3390/ijms22052491. PMID: 33801273; PMCID: PMC7958286.
Wang H, Brown PC, Chow ECY, Ewart L, Ferguson SS, Fitzpatrick S, Freedman BS, Guo GL, Hedrich W, Heyward S, Hickman J, Isoherranen N, Li AP, Liu Q, Mumenthaler SM, Polli J, Proctor WR, Ribeiro A, Wang JY, Wange RL, Huang SM. 3D cell culture models: Drug pharmacokinetics, safety assessment, and regulatory consideration. Clin Transl Sci. 2021 Sep;14(5):1659-1680. doi: 10.1111/cts.13066. Epub 2021 Jun 16. PMID: 33982436; PMCID: PMC8504835.
Badillo-Mata JA, Camacho-Villegas TA, Lugo-Fabres PH. 3D Cell Culture as Tools to Characterize Rheumatoid Arthritis Signaling and Development of New Treatments. Cells. 2022 Oct 28;11(21):3410. doi: 10.3390/cells11213410. PMID: 36359806; PMCID: PMC9656230.
Carroll JA, Foliaki ST, Haigh CL. A 3D cell culture approach for studying neuroinflammation. J Neurosci Methods. 2021 Jul 1;358:109201. doi: 10.1016/j.jneumeth.2021.109201. Epub 2021 Apr 28. PMID: 33932455; PMCID: PMC8217318
Watson PMD, Kavanagh E, Allenby G, Vassey M. Bioengineered 3D Glial Cell Culture Systems and Applications for Neurodegeneration and Neuroinflammation. SLAS Discov. 2017 Jun;22(5):583-601. doi: 10.1177/2472555217691450. Epub 2017 Feb 21. PMID: 28346104.
Downloads
Published
How to Cite
Issue
Section
License
Copyright (c) 2023 Karolina Bieńko, Monika Leszcz, Justyna Białek, Marta Więckowska-Deroń, Dominika Ćwik-Błotnicka, Joanna Borczyk
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.
The periodical offers access to content in the Open Access system under the Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0
Stats
Number of views and downloads: 744
Number of citations: 0