De film "Avatar" is niet de enige 3D-kaskraker die deze winter een plons maakt. Een team van wetenschappers uit Houston onthulde deze week een nieuwe techniek voor het kweken van 3D-celculturen, een technologische sprong voorwaarts van de platte petrischaal die miljoenen dollars aan kosten voor het testen van medicijnen zou kunnen besparen. Het onderzoek wordt gerapporteerd in Natuur Nanotechnologie .

De driedimensionale techniek is voor de meeste laboratoria eenvoudig genoeg om onmiddellijk in te stellen. Het gebruikt magnetische krachten om cellen te laten zweven terwijl ze zich delen en groeien. Vergeleken met celculturen die op vlakke oppervlakken worden gekweekt, de 3D-celculturen hebben de neiging om weefsels te vormen die meer lijken op die in het lichaam.

"Er is nu een grote druk om manieren te vinden om cellen in 3D te laten groeien, omdat het lichaam 3D is, en culturen die meer lijken op natief weefsel zullen naar verwachting betere resultaten opleveren voor preklinische drugtests, " zei studie co-auteur Tom Killian, doctoraat, universitair hoofddocent natuurkunde aan de Rice University. "Als je de nauwkeurigheid van vroege screenings van medicijnen met slechts 10 procent zou kunnen verbeteren, er wordt geschat dat je maar liefst $ 100 miljoen per medicijn kunt besparen."

Voor kankeronderzoek, de "onzichtbare steiger" die door het magnetische veld wordt gecreëerd, gaat verder dan zijn potentieel voor het produceren van celculturen die meer doen denken aan echte tumoren, wat op zich al een belangrijke vooruitgang zou zijn, zei co-auteur Wadih Arap, MD, doctoraat, professor in het David H. Koch Center van het MD Anderson Cancer Center van de Universiteit van Texas.

Om cellen te laten zweven, het onderzoeksteam wijzigde een combinatie van gouden nanodeeltjes en gemanipuleerde virale deeltjes genaamd "faag", die werd ontwikkeld in het laboratorium van Arap en Renata Pasqualini, doctoraat, ook van het Koch Center. Deze gerichte "nanoshuttle" kan ladingen leveren aan specifieke organen of weefsels.

"Een logische volgende stap voor ons zal zijn om deze extra magnetische eigenschap op gerichte manieren te gebruiken om mogelijke toepassingen in de beeldvorming en behandeling van tumoren te onderzoeken, ' zei Arap.

De 3D-modellering werpt een andere interessante mogelijkheid op de lange termijn op. "Dit is een stap in de richting van het bouwen van betere modellen van organen in het laboratorium, ' zei Pasqualini.

De nieuwe techniek is een voorbeeld van de innovatie die kan ontstaan ​​als experts uit verschillende vakgebieden samenkomen. Killian bestudeert ultrakoude atomen en gebruikt fijn afgestemde magnetische velden om ze te manipuleren. Hij had gewerkt met Rice bio-ingenieur Robert Raphael, doctoraat, gedurende enkele jaren over methoden om magnetische velden te gebruiken om cellen te manipuleren. Dus toen Killian's vriend Glauco Souza, doctoraat, toen een Odyssey-geleerde die studeerde bij Arap en Pasqualini, zei dat hij een gel aan het ontwikkelen was die kankercellen kon laden met magnetische nanodeeltjes, het leidde tot een nieuw idee.

"We vroegen ons af of we magnetische velden zouden kunnen gebruiken om de cellen te manipuleren nadat mijn gels magnetische nanodeeltjes erin hadden gestopt, " zei Souza, die in 2009 MD Anderson verliet om mede-oprichter van Nano3D Biosciences (www.n3dbio.com), een startup die vervolgens de technologie in licentie gaf van Rice en M.D. Anderson.

De nanodeeltjes zijn in dit geval kleine stukjes ijzeroxide. Deze worden toegevoegd aan een gel die faag bevat. Wanneer cellen aan de gel worden toegevoegd, de faag zorgt ervoor dat de deeltjes gedurende een paar uur in cellen worden geabsorbeerd. De gel wordt dan weggewassen, en de met nanodeeltjes beladen cellen worden in een petrischaaltje geplaatst dat gevuld is met een vloeistof die celgroei en celdeling bevordert.

In de nieuwe studie de onderzoekers toonden aan dat door een magneet ter grootte van een muntstuk op het deksel van de schaal te plaatsen, ze zouden de cellen van de bodem van de schaal kunnen tillen, concentreer ze en laat ze groeien en delen terwijl ze in de vloeistof waren gesuspendeerd.

Een belangrijk experiment werd uitgevoerd in samenwerking met Jennifer Molina, een afgestudeerde student in het laboratorium van Maria-Magdalena Georgescu, doctoraat, een universitair hoofddocent in de afdeling Neuro-Oncologie van M.D. Anderson, waarin de techniek werd gebruikt op hersentumorcellen die glioblastomen worden genoemd. De resultaten toonden aan dat cellen gekweekt in het 3D-medium eiwitten produceerden die vergelijkbaar waren met die geproduceerd door glioastoma-tumoren bij muizen, terwijl cellen gekweekt in 2-D deze overeenkomst niet vertoonden.

Souza zei dat Nano3D Biosciences aanvullende tests uitvoert om te vergelijken hoe de nieuwe methode zich verhoudt tot bestaande methoden voor het kweken van 3D-celculturen. Hij zei te hopen dat het resultaten zal opleveren die net zo goed zijn, zo niet beter, dan aloude technieken die gebruik maken van 3D-steigers.

Rafaël, een papieren co-auteur, universitair hoofddocent bio-engineering en lid van Rice's BioScience Research Collaborative, zei, "Het mooie van deze methode is dat natuurlijke cel-celinteracties de assemblage van 3D-microweefselstructuren mogelijk maken. De methode is vrij eenvoudig en zou een goed startpunt moeten zijn voor het kweken van 3D-cellen voor elk laboratorium dat geïnteresseerd is in ontdekking van medicijnen, stamcelbiologie, regeneratieve geneeskunde of biotechnologie."