A cultura tradicional em monocamada 2D achata as células sobre plástico, alterando sua morfologia, sinalização e respostas a fármacos. Os sistemas de cultura 3D recapitulam melhor o ambiente in vivo ao permitir interações célula–célula e célula–matriz em todas as dimensões.

Por que 3D?

A cultura em monocamada força as células a aderir a uma superfície rígida e plana. Isso altera sua organização do citoesqueleto, forma nuclear e expressão gênica. A cultura 3D restaura:

• Junções célula–célula e polaridade naturais.
• Gradientes de difusão de oxigênio, nutrientes e fármacos.
• Interações com a matriz extracelular (ECM) que regulam proliferação e sobrevivência.
• Resistência a agentes quimioterápicos que são eficazes contra monocamadas 2D.

Cultura de Esferoides

Esferoides são agregados 3D simples de células, tipicamente com 200–500 µm de diâmetro. São formados por:

• Gota pendente: células suspensas em uma gota na tampa de uma placa de cultura agregam-se no fundo da gota por gravidade.
• Placas de ultrabaixa aderência (ULA): placas de fundo redondo revestidas com um polímero hidrofílico impedem a adesão celular, forçando as células a se agregarem em um único esferoide por poço.
• Levitação magnética: células são incubadas com nanopartículas magnéticas e montadas em esferoides usando um campo magnético.

Os esferoides desenvolvem um núcleo necrótico quando excedem 400–500 µm, mimetizando os núcleos hipóxicos e pobres em nutrientes de tumores sólidos. Isso os torna úteis para estudar a penetração de fármacos anticancerígenos e a resistência.

Organoides

Organoides são estruturas 3D auto-organizáveis derivadas de células-tronco que recapitulam a arquitetura e função de um órgão. São mais complexos que os esferoides, contendo múltiplos tipos celulares diferenciados organizados em um padrão semelhante ao tecido.

Os organoides são cultivados em um extrato de membrana basal (Matrigel, BME) suplementado com um coquetel definido de fatores de crescimento. Tipos comuns de organoides incluem:

• Organoides intestinais: contêm todos os tipos celulares epiteliais intestinais (enterócitos, calciformes, Paneth, enteroendócrinos) em estruturas cripta-vilosidade.
• Organoides cerebrais: tecido neural auto-organizável com estratificação cortical.
• Organoides tumorais (tumoroides): derivados de tumores de pacientes, usados para testes de sensibilidade a fármacos e medicina personalizada.
• Organoides de fígado, rim, pâncreas, retina: estabelecidos para órgãos específicos.

Arcabouços e Hidrogéis

Componentes naturais da ECM (colágeno I, Matrigel, fibrina) ou hidrogéis sintéticos (PEG, alginato) fornecem um arcabouço 3D para o crescimento celular. A rigidez da matriz, porosidade e densidade de ligantes influenciam o comportamento celular. Hidrogéis sintéticos oferecem matrizes mais bem definidas e reprodutíveis do que o Matrigel, que é de origem animal e variável por lote.

Ensaios em 3D

Os ensaios celulares padrão requerem adaptação para 3D:

• Viabilidade: ensaios baseados em ATP (CellTiter-Glo 3D) têm lise e detecção melhoradas para esferoides.
• Imagem: microscopia confocal ou multifóton é necessária para imagear através da espessura da estrutura.
• Penetração de fármacos: fármacos marcados com fluorescência podem ser visualizados à medida que se difundem através do esferoide.
• Invasão: esferoides embebidos em colágeno ou Matrigel podem ser monitorados quanto ao crescimento invasivo.