El cultivo en monocapa 2D tradicional aplana las células sobre plástico, alterando su morfología, señalización y respuestas a fármacos. Los sistemas de cultivo 3D recapitulan mejor el entorno in vivo al permitir interacciones célula-célula y célula-matriz en todas las dimensiones.

¿Por Qué 3D?

El cultivo en monocapa fuerza a las células a adherirse a una superficie rígida y plana. Esto cambia su organización del citoesqueleto, forma nuclear y expresión génica. El cultivo 3D restaura:

• Uniones célula-célula y polaridad naturales.
• Gradientes de difusión de oxígeno, nutrientes y fármacos.
• Interacciones con la matriz extracelular (MEC) que regulan la proliferación y supervivencia.
• Resistencia a agentes quimioterapéuticos que son efectivos contra monocapas 2D.

Cultivo de Esferoides

Los esferoides son agregados 3D simples de células, típicamente de 200–500 µm de diámetro. Se forman mediante:

• Gota colgante: células suspendidas en una gota en la tapa de una placa de cultivo se agregan en el fondo de la gota por gravedad.
• Placas de ultra baja adhesión (ULA): placas de fondo redondo recubiertas con un polímero hidrofílico evitan la adhesión celular, forzando a las células a agregarse en un esferoide por pocillo.
• Levitação magnética: las células se incuban con nanopartículas magnéticas y se ensamblan en esferoides usando un campo magnético.

Los esferoides desarrollan un núcleo necrótico cuando superan los 400–500 µm, imitando los núcleos hipóxicos y deficientes en nutrientes de los tumores sólidos. Esto los hace útiles para estudiar la penetración de fármacos oncológicos y la resistencia.

Organoides

Los organoides son estructuras 3D auto-organizadas derivadas de células madre que recapitulan la arquitectura y función de un órgano. Son más complejos que los esferoides, conteniendo múltiples tipos celulares diferenciados organizados en un patrón similar al tejido.

Los organoides se cultivan en un extracto de membrana basal (Matrigel, BME) suplementado con una mezcla definida de factores de crecimiento. Los tipos comunes de organoides incluyen:

• Organoides intestinales: contienen todos los tipos celulares epiteliales intestinales (enterocitos, caliciformes, Paneth, enteroendocrinos) en estructuras de cripta-vellosidad.
• Organoides cerebrales: tejido neural auto-organizado con estratificación cortical.
• Organoides tumorales (tumoroides): derivados de tumores de pacientes, utilizados para pruebas de sensibilidad a fármacos y medicina personalizada.
• Organoides de hígado, riñón, páncreas, retina: establecidos para órganos específicos.

Andamios e Hidrogeles

Componentes naturales de la MEC (colágeno I, Matrigel, fibrina) o hidrogeles sintéticos (PEG, alginato) proporcionan un andamio 3D para el crecimiento celular. La rigidez de la matriz, porosidad y densidad de ligandos influyen en el comportamiento celular. Los hidrogeles sintéticos ofrecen matrices mejor definidas y más reproducibles que el Matrigel, que es de origen animal y variable entre lotes.

Ensayos en 3D

Los ensayos celulares estándar requieren adaptación para 3D:

• Viabilidad: los ensayos basados en ATP (CellTiter-Glo 3D) tienen lisis y detección mejoradas para esferoides.
• Imagen: se requiere microscopía confocal o multifotónica para obtener imágenes a través del grosor de la estructura.
• Penetración de fármacos: los fármacos marcados con fluorescencia pueden visualizarse mientras se difunden a través del esferoide.
• Invasión: los esferoides embebidos en colágeno o Matrigel pueden monitorearse para detectar crecimiento invasivo.