3D-Zellkulturen kommen zunehmend bei der Entwicklung von neuen Medikamenten, aber auch in der Grundlagenforschung zum Einsatz. Durch ihre Dreidimensionalität können sie das Verhalten von Organen besser abbilden und kommen zu relevanteren Ergebnissen als 2D-Zellmodelle. Vor allem in den letzten fünf Jahren war die Entwicklung rasant. Immer mehr Forschungsergebnisse kommen zu dem Schluss, dass 3D-Modelle sogar in-vivo-Bedingungen simulieren können.

 

Die meisten In-vitro-Tests verwenden immer noch 2D-Zellkulturen, die auf entsprechenden Glas- oder Kunststoffplatten gezüchtet wurden. Allerdings gehen dabei die gewebespezifische Architektur sowie Informationen über die Interaktion mit anderen Zellen verloren. Doch gerade für die Grundlagenforschung, aber auch die Onkologie ist es essentiell, nicht nur eine Zelle an sich, sondern auch deren Interaktion mit anderen Zelltypen zu simulieren. Auf der Suche nach den fehlenden Puzzleteilchen entstanden daher in den letzten Jahren verstärkt 3D-Zellkulturen, die Zellfunktionen in lebenden Geweben besser nachahmen können. 3D-Kulturen berücksichtigen im Unterschied zu 2D-Zellkulturen die Dreidimensionalität von Gewebe. Sie werden entweder in Gerüstproteinen wie Kollagen, Gelantine-Methacrylat oder Matrigel gezüchtet oder in Form von Gewebeschnitten präpariert. Meilensteine waren etwa die Entwicklung von Organoiden und Sphäroiden über 3D-Bioprinting-Anwendungen bis hin zu einzigartigen Krebsforschungsmodellen für das High Throuput-Screening. Damit kann die Wirkung von Therapien, aber auch der Metabolismus und das Zellwachstum signifikant besser nachverfolgt werden. Auch die Analysetools wurden gewaltig verbessert.

 

3D-Tumor-Sphäroidmodelle

Viele Zelllinien bilden im 3D-Modell Sphäroide aus, die meist einen Durchmesser zwischen 30 und 50 Mikrometern haben, aber auch deutlich größer werden können. Entscheidend ist, dass Sphäroide einen natürlichen Stoffwechsel haben und – ähnlich wie ein Tumor – wachsen können.

 

3D-Bioprinting-Anwendungen

Ein sehr neues Gebiet sind 3D-Bioprinting Anwendungen. So gelang Forschern der Medizinischen Universität Innsbruck heuer erstmals, ein lebendes 3D-Hautmodell zu drucken, das spontan Gefäßzellen ausbildet. Dazu werden bioaktive, mit lebenden Zellen versetzte Protein-Gele auf einen Chip gedruckt. Innerhalb von sechs bis acht Tagen wächst ein dreischichtiges Hautmodell, das selbstständig Blutgefäße, Bindegewebe und schließlich eine Epidermis bildet.

 

Organoidmodelle auf Chips

Eine der vielversprechendsten Einsatzmöglichkeiten für die 3D-Zellkulturtechnologie ist die Verwendung von Organoidmodellen, in denen kleine Gewebeproben unter Verwendung von Stammzellen gezüchtet werden.

 

Chancen für die Forschung

Die Entwicklung von Organoiden auf Chips ermöglicht Wissenschaftlern beispielsweise, Kulturen von Herzzellen in Echtzeit auf elektrische Aktivität zu untersuchen. Zudem könnte mit Hilfe von Stammzellen auch personalisierte Medizin tatsächlich in greifbare Nähe rücken. Dann könnten Ärzte nicht nur transplantierbare Zellen und Gewebe züchten, sondern auch jeweils individuell Medikamente auf Nebenwirkungen testen, bevor sie an die Patientin oder den Patienten verabreicht werden.

 

Ausblick – Wachstumsmarkt 3D-Zellkulturen

Diese vielfältigen Einsatzmöglichkeiten bescherten 3D-Zellkulturen schon in den letzten Jahren sensationelle, zweistellige Wachstumsraten. Und der Plafond ist noch nicht erreicht. Denn 3D-Zellkulturen könnten a la longue durch ihre in-vivo Nähe auch Tierversuche für die medizinische Forschung ersetzen.

 

3D-Zellkulturen bei Szabo-Scandic

Bei Szabo-Scandic können wir die besten Produkte unserer Lieferanten Corning und Lonza im Bereich 3D-Zellkulturen anbieten. Für jede Forschungsfrage und alle Anforderungen das passende Modell.