A szferoid (vagy sejt-szferoid) a biológiában olyan háromdimenziós (3D) sejtcsoportosulás, amelyet in vitro sejttenyésztési módszerekkel hoznak létre. Ezek a struktúrák a hagyományos, egyrétegű (2D) sejttenyészetekkel ellentétben valós térbeli elrendeződést mutatnak. A szferoidokban a sejtek minden irányban érintkeznek egymással és az általuk termelt extracelluláris mátrixszal. Ez az elrendezés jól modellezi az élő szervezetekben tapasztalható sejt–sejt interakciókat és szöveti hierarchiát.
Történeti háttér
A sejttenyésztés sokáig főként merev műanyag vagy üveg felületeken, kétdimenziós monorétegben történt. Az ilyen sík felületeken a sejtek természetes morfológiája elveszhet. A. Moscona már 1961-ben leírta a disszociált sejtek rotációs aggregációját, de a szferoidok rutinszerű alkalmazása csak az utóbbi évtizedekben indult robbanásszerű fejlődésnek. Tudományos népszerűségük oka az, hogy a tudományos közösség felismere: a 2D környezetből származó adatok félrevezetők lehetnek a preklinikai vizsgálatok során, mivel az ilyen környezetben a sejtek korlátlanul hozzáférhetnek tápanyagokhoz és oxigénhez.
Szerkezet és biológiai jellemzők
A szferoidok legtöbbet kutatott típusa a többsejtű tumorszferoid (Multicellular Tumor Spheroid, MCTS). Ezek a sejtcsomók jellegzetes, rétegzett belső szerkezettel rendelkeznek. Ahogy a szferoid mérete növekszik, a tápanyagok és az oxigén bejutása a belső régiókba korlátozottá válik. Ez a diffúziós gát három fő zónát hoz létre a sejtcsomón belül:
Proliferáló zóna Ez a szteroid külső rétege, ahol a sejtek bőségese oxigénhez és tápanyaghoz jutnak, ezért aktívan osztódnak. Nyugvó (quiescens) zóna A középső réteg, ahol a tápanyagellátás már csökkentett. A sejtek itt életben maradnak, de osztódásuk lelassul vagy megáll. E sejtek anyagcseréje megváltozik. Nekrotikus mag A nagyobb (400-500 mikrométert meghaladó átmérőjű) szferoidok közepén kialakuló zóna, ahol a súlyos oxigénhiány és az anyagcseretermékek felhalmozódása miatt a sejtek elpusztulnak.
Ez a szerkezeti felépítés modellezi a szervezetben növekvő, még erezetlen (avaszkuláris) mikro tumorokat, illetve a nagyobb daganatok tápanyaghiányos régióit.
Különbség szferoidok és organoidok között
Bár ezeket a kifejezéseket olykor szinonímaként használják, nem ugyanazt jelentik. A szferoidok viszonylag egyszerű felépítésű sejtcsomók, amelyek vázmentes (scaffold-free) környezetben jönnek létre sejtek aggregációjával. Gyakran daganatos sejtvonalakból vagy primer sejtekből állítják elő őket. Az organoidok ezzel szemben komplexebb struktúrák. Általában pluripotens őssejtekben vagy felnőtt szöveti őssejtekből indul ki a tenyésztésük. Képesek az önszerveződésre és a sejtek differenciálódására, így az eredeti szerv (pl. agy, máj, bél) anatómiájának és funkciójának miniatűr, leegyszerűsített mását hozzák létre.
Szferoidok előállítási módszerei
A szferoidok létrehozásának alapelve az, hogy a sejteket meg kell gátolni a tenyésztőedény falához való letapadásban, mert így egymáshoz fognak kötődni. Főbb eljárások:
Folyadékréteg módszer A tenyésztőedényt olyan anyaggal (pl. agarózzal, polimerekellel) vonják be, amely megakadályozza a sejtek kitapadását. Lógó csepp technika A sejtszuszpenziót kis cseppekben a tenyésztőlemez fedelére helyezik, majd a fedelet megfordítják. A gravitáció a sejteket a lógó csepp aljára húzza, ahol azok szferoiddá állnak össze. Keveréses rendszerek A tápfolyadék folyamatos, lassú keverése fizikai úton gátolja a sejtek letapadását a tartály falára. Mikrofluidikai platformok Nagy áteresztőképességű (high throughput) vizsgálatokhoz speciálisan kialakított fenekű mikrotiter lemezeket használnak, amelyek geometriai kialakításuk révén terelik egy pontba a sejteket.
Alkalmazási területek
A szferoidok hidat képeznek a túlságosan leegyszerűsítő 2D in vitro tesztek és a költséges, etikai kérdéseket is felvető állatmodellek között. A gyóyszerfejlesztésben az egyik legnagyobb probléma az, hogy a 2D tenyészetekben hatékonynak tűnő molekulák az állatkísérletekben vagy a klinikai fázisokban elbuknak. Ennek oka gyakran az, hogy a 2D sejtrétegben a gyógyszer akadálytalanul eléri az összes sejtet, míg az élő szervezetekben a tumorok nem így viselkednek. A szferoidokban ezzel szemben a vegyületeknek át kell hatolniuk a külső sejtrétegeken és az extracelluláris mátrixon. Ez a gyógyszer penetrációs gát valósághűbb képet ad egy molekula in vivo hatékonyságáról. A szferoid modelleket sikeresen alkalmazzák immunterápiás kutatásokban, az őssejt-differenciálódás tanulmányozásában, és az antitest-gyógyszer konjugátumok citotoxicitásának vizsgálatában is.
Jegyzetek
Kategória:Sejtbiológia