2D- and 3D-cell culture

Abstract

The cultivation of mammalian cells in three-dimensional conditions acquires a priority in a variety of biomedical applications. In the areas of toxicology and anticancer drug development it concerns a significant difference of responses to proapoptotic factors of the cells cultured in 2D versus 3D environment. Besides, the clear-cut differences have been found in cell polarity, cytoskeleton structure,distribution of receptors to wide range of hormones, growth factors, etc. in mammalian cells depending on culture conditions. It is resulted in different response of cultured cells to extracellular stimuli. Multicellular spheroids are regarded presently as the most convenient model of solid tumour growth in vitro. The cultivation of thyroid follicles, mammary acini and other structure units, maintaining initial tissue organization, allows studying the behavior, biochemical features and gene profile of differentiated cells. On the other hand, 3D cultures have some limitations in comparison with a well established monolayer culture. The advantages and disadvantages of each type of cultures and their application in biological and medical researches will be discussed in this review. Key words: 2D and 3D cultivation, resistance, differentiation.

Культивирование клеток млекопитающих в трехмерных условиях становится приоритетным в многочисленных биомедицинских приложениях. В области токсикологии и разработки противоопухолевых препаратов это связано со значительной разницей ответа клеток, культивируемых в двух- или трех мерных условиях, на проапоптотичные факторы. Кроме того, выявлены существенные отличия в поляризации клеток, структуре цитоскелета, распределении рецепторов к широкому спектру гормонов, ростовых факторов и т. д. в клетках млекопитающих в зависимости от условий культивирования. В конечном итоге, это проявляется в различной реакции культивируемых клеток на внеклеточные стимулы. Наиболее адекватной моделью роста солидных опухолей invitro сейчас принято считать многоклеточные сфероиды. Культивирование фолликулов щитовидной железы, ацинусов молочной железы и других структурно-функциональных единиц, сохраняющих исходную организацию ткани, позволяет изучать поведение, биохимические особенности и генетический профиль дифференцированных клеток. С другой стороны, трех мерные культуры имеют ряд ограничений по сравнению с широко используемыми монослойными культурами. Не достатки и преимущества каждого типа культур, а так же их применение в биологических и медицинких исследованиях являются предметом этого обзора. Ключевые слова: двух- и трех мерное культивирование, резистентность, дифференцировка.

Культивування клітин ссавців за тривимірних умов стає пріоритетним у численних біомедичних застосуваннях. В галузі токсикології і розробки протипухлинних препаратів це пов’язано зі значною різницею у відповіді клітин, культивованих за дво- або тривимірних умов, на проапоптичні чинники. Крім того, виявлено істотні відмінності в поляризації клітин, структурі цитоскелета, розподілі рецепторів до широкого спектра гормонів, ростових чинників і т. д. у клітинах ссавців залежно від умов культивування. Зрештою, це проявляється в різній реакції культивованих клітин на позаклітинні стимули. Найадекватнішою моделлю росту солідних пухлин in vitro наразі вважають багатоклітинні сфероїди. Культивування фолікулів щитоподібної залози, ацинусів молочної залози та інших структурно-функціональних одиниць, що зберігають початкову організацію тканини, дозволяє вивчати поведінку, біохімічні особливості і генетичний профіль диференційованих клітин. З іншого боку, тривимірні культури мають низку обмежень порівняно з широко використовуваними моношаровими культурами. Недоліки й переваги кожного типу культур, а також їхнє застосування в біологічних і медичних дослідженнях становлять предмет цього огляду. Ключові слова: дво- та тривимірне культивування, резистентність, диференціювання.