Cultivos celulares 3D vs cultivos celulares 2D

Cultivos celulares 2D y 3D

Parece que las cuestiones de biología básica se van a seguir investigando a partir de cultivos celulares 2D mientras que las alternativas 3D van a ser fundamentales para entender las interacciones entre las células y el comportamiento de las mismas en relación a su matriz

El cultivo celular es la herramienta básica que utilizamos en biología celular. Se utiliza en investigación básica, en diferentes industrias, en estudios clínicos y en terapias avanzadas, entre otros. La evolución de las técnicas de cultivo ha llevado a tener cultivos celulares más productivos, de alta calidad y con alto rendimiento. Sin embargo, los cultivos clásicos en dos dimensiones (cultivos 2D), presentan limitaciones en cuanto a su capacidad de simular lo que sucede in vivo.

En un reciente post de Tomislav Meštrović, MD, PhD se reflejan muy bien las limitaciones y ventajas de los cultivos celulares 2D y de las nuevas técnicas de cultivo celular en tres dimensiones (3D). Como bien se indica en el post, el cultivo celular es una técnica utilizada como herramienta imprescindible en cientos de centros de investigación y clínicos para estudios de investigación básica in vitro, testajes de productos y estudios clínicos de decenas de principios activos.

Tradicionalmente, los cultivos celulares se han clasificado como adherentes o en suspensión. Esto hace referencia a la necesidad de adherencia de las células a un sustrato para su supervivencia y multiplicación. En cuanto al cultivo de células adherentes, siempre se ha considerado en dos dimensiones, es decir, en monocapas de células adheridas a una superficie de crecimiento. Sin embargo, los cultivos 2D no reflejan la realidad in vivo. En ésta, las células adherentes se distribuyen de forma más compleja. Crecen en microambientes tridimensionales (3D) en los que la perfusión de entrada de nutrientes y salida de desechos es continua.

El uso de cultivos 3D con una organización espacial concreta es imprescindible para la creación de estructuras tisulares complejas a cierta escala

Las técnicas de cultivo celular en 3D surgen como una apuesta por reflejar con mayor fidelidad lo que está ocurriendo in vivo y obtener resultados que lo simulen más fielmente. Las células se comportan estructural y funcionalmente de forma diferente cuando están sembradas en substrato 2D que cuando están sembradas en una capa gruesa de moléculas poliméricas en 3D, que imita más fielmente su ambiente natural. Los cultivos en 3D muestran mayor grado de complejidad y de homeostasis estructural, de forma análoga a lo que ocurre en tejidos y órganos.

La mayoría de los cultivos 2D son dependientes de sustrato. Es decir, son cultivos de células que crecen en monocapa y necesitan un anclaje para sobrevivir. Tanto las células primarias como las líneas celulares inmortalizadas se han cultivado durante décadas en soportes plásticos de poliestireno en los que las células crecen formando adherencias focales.

El cultivo en 3D es más heterogéneo. Y se han desarrollado diferentes estructuras o tipos de cultivos como la agregación, el cultivo en esferas, los cultivos en hidrogel, los biorreactores rotantes con agregados celulares o microcarriers o los cultivos organotípicos. Cada tipo de cultivo difiere en términos de dispersión celular y capacidad de preservar la función tisular.

Los cultivos 3D van a ser fundamentales para entender las interacciones y el comportamiento de las células

En la mayoría de los cultivos en 3D se utilizan células disociadas que se reorganizan en función del tipo celular, el medio de cultivo y su capacidad de adherencia. Los cultivos organotípicos son, básicamente, láminas de tejido en las que se mantiene la estructura y se preservan las interconexiones en el plano de corte. Los cultivos agregados o en esferas son buenos modelos para el estudio de las interacciones célula-célula, a pesar de las limitaciones en el control de los componentes extracelulares y de la distribución de nutrientes. Mientras que los organotípicos son más empleados como modelos tisulares dada su estructura.

En conclusión, parece que las cuestiones de biología básica se seguirán investigando a partir de cultivos celulares 2D. En cambio las alternativas 3D serán fundamentales para entender las interacciones entre las células y el comportamiento de las mismas en relación a su matriz. Además, para la creación de estructuras tisulares complejas a mayor escala será imprescindible el uso de cultivos 3D con una organización espacial muy concreta.

También en su post el doctor Meštrović resume las ventajas y limitaciones de cada uno de los tipos de cultivos:

Cultivos celulares 2D

Ventajas Limitaciones
Control del ambiente sencillo Menor fidelidad con los sistemas in vivo
Facilidad para observación y toma de datos Mayor sensibilidad a fármacos y otras sustancias
Facilidad de manipulación Métodos y técnicas estandarizados y optimizados

Cultivos celulares 3D

Ventajas Limitaciones
Células en contacto entre sí por varias caras Difusión de nutrientes y oxígeno
Representa con más fidelidad la realidad in vivo Alteraciones genéticas asociadas al cultivo
Mejoran los ratios de crecimiento en cultivos de células mesenquimales Limitaciones técnicas en microscopía para su observación y seguimiento
Buenos simuladores de dormancia, hipoxia, etc. en tumores.

 

Alicia Solé Medina PhD es responsable del curso práctico de Cultivo Celular hands-on de On Science

Cultivos celulares 3D vs cultivos celulares 2D
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