体内様細胞培養：三维技術が細胞ベースのアプリケーションに
与える影響
三维モデルを活用して最適な細胞培養を実現
体内において、ほぼすべての細胞が複雑な 三维構造からなる細胞外基質（ECM）にかこまれており、生化学的シグナルを介して隣接細胞と相互作用します1.。このため、この構造や組織を模倣できない細胞培養環境には制限があります。平面の 二维環境で培養した細胞は、細胞形態、生存率、分化、増殖などの特性が変化することがよくあります。
二维細胞培養には限界があるため、研究が中断したり、前臨床での細胞ベースの薬剤および毒性スクリーニングアッセイの結果による予測が不十分なものになったりすることがあります。また、有効性を欠く腫瘍生物学モデル、前臨床薬剤開発研究での動物モデル併用への依存などの問題もあります。
三维の利点
三维細胞培養によって細胞間および細胞-电解加工間の生物学的相互作用を確立することで、特に幹細胞培養、がん研究、薬剤および毒性スクリーニング、生体組織工学などのアプリケーションにおいて、天然の組織の特異性を模倣できることを示す強力な証拠が報告されています。
二维培養と 三维培養における細胞の大きな違いはその形態です。細胞は、电解加工に対するインテグリン介在細胞接着の向きに基づいた形状に安定するため、二维培養の接着は細胞の片面で発生します。対照的に、三维培養の接着は細胞の表面全体で発生します2.。このため、三维培養モデルでは細胞の伸展と接着に時間がかかり、場合によっては数日間かかることもあります。これは、細胞の増殖、アポトーシス、分化に直接影響を与える可能性があります3-6.3D環境で培養した場合、細胞の種類によっては生理学的形態や機能を回復できることもあります7.。
細胞の機能性もこの形態調整に影響され、三维環境で培養した細胞の特性は、体内で観察されるものにより近いものとなります8、9。したがって、基本的に 三维細胞培養モデルでは体内環境を模倣できるため、体内様の挙動と機能性を示す細胞の増殖と分化が可能になります。
最適な結果を得るための方法
三维細胞培養モデルで細胞の挙動を正確に予測するためには、体内細胞の挙動を正確に再現する必要があります。これは様々な分野の研究応用に当てはまります。この再現を実現するために、三维細胞培養モデルでは通常、ハイドロゲルをベースにしたマトリックス、または合成スキャフォールドが必要になります。三维細胞培養を成功させるために最も一般的に使用されているのが、天然由来の 电解加工ベースのハイドロゲルです。
ハイドロゲルと 电解加工は、三维細胞培養に極めて有効なマトリックスです。天然組織と非常によく似た特性を持ち、一般的に天然材料に由来するこれらのゲルは、生体適合性と生物活性に優れているため、細胞の機能が促進されます10。また、合成ハイドロゲルや合成スキャフォールドの使用も 三维細胞培養に有効な方法です。
三维細胞培養では、細胞スフェロイドも使用されます。三维スフェロイド培養は、接着細胞の凝集性によって形成されるシンプルなモデルで、幅広い種類の細胞から作製できます。スフェロイドは、固形組織の様々な側面を自然に模倣するため、腫瘍研究のツールとして効果的です。また、通常、多能性幹細胞（PSC）の分化によってもスフェア構造が形成されるため、スフェロイドは優れた生理学的 三维モデルとして使用できます。
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参考文献：
1.Lodish H等。分子细胞生物学。纽约W.H.弗里曼公司（2002年）。
2.Baker BM和Chen CS.J.细胞科学125（13）：3015-3024（2012）。
3.Singhvi R等人，《科学》264:696-698（1994）。
4.陈聪等，《科学》276:1425-1428（1997）。
5.Thomas CH等人，《美国自然科学院学报》99:1972-1977（2002）。
6.McBeath R，等。发展细胞6:483-495（2004）。
7.Benya PD和Shaffer JD.Cell 30:215-224（1982）。
8.Debnath J和Brugge JS.自然杂志《癌症》5:675-688（2005）。
9Nelson CM和Bissell MJ。阿努。牧师。细胞发育生物学。22:287-309 (2006).
10.Dawson E等人，《药物临床应用》第60版（2）：215-228（2008）。