Kultur monolayer 2D tradisional meratakan sel di atas plastik, mengubah morfologi, pensinyalan, dan respons obatnya. Sistem kultur 3D lebih baik merekapitulasi lingkungan in vivo dengan memungkinkan interaksi sel–sel dan sel–matriks di semua dimensi.

Mengapa 3D?

Kultur monolayer memaksa sel untuk melekat pada permukaan yang kaku dan datar. Ini mengubah organisasi sitoskeleton, bentuk nukleus, dan ekspresi gen. Kultur 3D mengembalikan:

• Persambungan dan polaritas sel–sel alami.
• Gradien difusi oksigen, nutrisi, dan obat.
• Interaksi matriks ekstraseluler (ECM) yang mengatur proliferasi dan kelangsungan hidup.
• Resistensi terhadap agen kemoterapi yang efektif melawan monolayer 2D.

Kultur Spheroid

Spheroid adalah agregat 3D sederhana dari sel, biasanya berdiameter 200–500 µm. Mereka dibentuk oleh:

• Hanging drop: sel tersuspensi dalam tetesan pada tutup cawan kultur, beragregasi di dasar tetesan karena gravitasi.
• Pelat Ultra-low attachment (ULA): pelat dasar bulat yang dilapisi polimer hidrofilik mencegah penempelan sel, memaksa sel beragregasi menjadi satu spheroid per sumur.
• Levitation magnetik: sel diinkubasi dengan nanopartikel magnetik dan dirakit menjadi spheroid menggunakan medan magnet.

Spheroid mengembangkan inti nekrotik ketika melebihi 400–500 µm, meniru inti tumor padat yang hipoksia dan kekurangan nutrisi. Ini membuatnya berguna untuk mempelajari penetrasi obat kanker dan resistensi.

Organoid

Organoid adalah struktur 3D yang mengatur diri sendiri yang berasal dari sel induk, merekapitulasi arsitektur dan fungsi suatu organ. Mereka lebih kompleks daripada spheroid, mengandung beberapa tipe sel terdiferensiasi yang terorganisir dalam pola seperti jaringan.

Organoid ditumbuhkan dalam ekstrak membran basal (Matrigel, BME) yang dilengkapi dengan campuran faktor pertumbuhan tertentu. Jenis organoid umum meliputi:

• Organoid usus: mengandung semua tipe sel epitel usus (enterosit, goblet, Paneth, enteroendokrin) dalam struktur kripta-vilus.
• Organoid otak: jaringan saraf yang mengatur diri sendiri dengan pelapisan kortikal.
• Organoid tumor (tumoroid): berasal dari tumor pasien, digunakan untuk pengujian sensitivitas obat dan pengobatan personal.
• Organoid hati, ginjal, pankreas, retina: dibuat untuk organ tertentu.

Scaffold dan Hidrogel

Komponen ECM alami (kolagen I, Matrigel, fibrin) atau hidrogel sintetis (PEG, alginat) menyediakan scaffold 3D untuk pertumbuhan sel. Kekakuan matriks, porositas, dan densitas ligan mempengaruhi perilaku sel. Hidrogel sintetis menawarkan matriks yang lebih terdefinisi dan lebih reprodusibel daripada Matrigel, yang berasal dari hewan dan bervariasi antar lot.

Uji dalam 3D

Uji sel standar memerlukan adaptasi untuk 3D:

• Viabilitas: uji berbasis ATP (CellTiter-Glo 3D) memiliki lisis dan deteksi yang lebih baik untuk spheroid.
• Pencitraan: mikroskopi confocal atau multiphoton diperlukan untuk pencitraan melalui ketebalan struktur.
• Penetrasi obat: obat berlabel fluoresensi dapat divisualisasikan saat berdifusi melalui spheroid.
• Invasi: spheroid yang tertanam dalam kolagen atau Matrigel dapat dipantau untuk pertumbuhan invasif.