Konstantní výchozí podmínky pro 3D-metody kultivace buněk: Jedinečná platforma umožňuje pěstování až 9 000 jednotných a velikostně kontrolovaných spheroidů

Práce s připraveným SP5D je obzvlášť uživatelsky přívětivá, takže se s platformou rychle naučíte zacházet: Pěstování nevyžaduje žádnou předúpravu. I výměna médií je díky jednoduchému pipetování velmi pohodlná. (Zdroj: Kugelmeiers Ltd.)

S SP5D a jej patentovanou geometrií je možné kultivovat velké množství jednotných sféreroidů – až 9 000 na jedné desce. Na SP5D je k dispozici dvanáct jam, z nichž každá má 750 mikrojamek, což zajišťuje velmi vysokou výtěžnost. (Zdroj: Kugelmeiers Ltd.)

SP5D znamená „Sférická deska 5D“: Název odkazuje na 3D strukturu buněčného shluku rostoucího v desce, čas potřebný pro kultivaci jako čtvrtou dimenzi a takzvanou buněč-buněčovou komunikaci jako pátou dimenzi. (Zdroj: Kugelmeiers Ltd.)

Buňky se posouvají do čtvercových „pyramidových děr“ s zaobleným vrcholem a tímto způsobem vždy vytvářejí stejně velké kuličky. Tato konstrukce vede k bezroštové, pravidelné tvorbě shluků, takže agregát je vždy udržován uprostřed jednotlivých mikroprohlubní (jamky). (Zdroj: Kugelmeiers Ltd.)

Buňky se kloužou do čtvercových „pyramidových děr“ s zaobleným hrotem a tímto způsobem pokaždé vytvářejí stejně velké kuličky. Tato konstrukce vede k bezkostrovému, pravidelnému uspořádání shluků, takže agregát je vždy udržován uprostřed jednotlivých mikrovýklenků (jamky). (Zdroj: Kugelmeiers Ltd.)

Speciální úhel jednotlivých výklenků umožňuje, aby buňky klesaly v rovnoměrném počtu, čímž se eliminuje potřeba dodatečného odstřeďování. Speciální nanovrstva zabraňuje přilnavosti proteinových zbytků a zajišťuje čisté sklouznutí. (Zdroj: Kugelmeiers Ltd.)

„V lidském těle se buňky organizují do buněčných svazků a orgánů, což znamená, že rostou trojrozměrně a nejsou jen jednoduše ploché,“ vysvětluje Cordula Böttger, specialistka na aplikace v oblasti Life Science ve společnosti Heidolph Instruments GmbH & Co. KG. „Pomocí 3D buněčné kultury lze vytvořit umělé prostředí, ve kterém buňky rostou ve všech třech rozměrech a mohou interagovat se svým okolím. To činí jejich chování mnohem věrnější skutečným podmínkám v těle, což umožňuje klinicky relevantnější výsledky.“ (Zdroj: Heidolph Instruments GmbH & Co. KG)

3D buněčné kultivační experimenty umožňují simulaci růstu, která je bližší předkům v lidském těle. Z tohoto důvodu získávají zejména v oblasti Life Science stále větší význam. Nicméně mnoho designů platforem je omezeno z hlediska reprodukovatelnosti nebo maximálního počtu pěstovaných buněčných shluků v jednom pokusu. Následně je 3D buněčná kultivace pro mnoho laboratoří časově a finančně náročná. Proto start-up ve spolupráci s Heidolph Instruments GmbH & Co. KG, Kugelmeiers Ltd., vyvinul SP5D buněčnou kultivační desku, která tyto limity obchází. Její 5D princip kombinuje tři prostorové rozměry s faktory čas a buněčná komunikace: Speciální design umožňuje kontrolovanou, rychlou kultivaci až 9 000 stejnorodých shluků na jedné desce, což umožňuje větší výnos na jeden průchod. SP5D je přímo připravena k použití; není nutná předúprava desky ani centrifugace po výsevu. Speciálně vyvinutá patentovaná geometrie a jedinečné non-fouling povrchové úpravy klinické kvality zajišťují rovnoměrný růst, takže výsledky jsou obzvlášť přesné a vysoce reprodukovatelné. Již bylo úspěšně pěstováno mnoho druhů buněk na této desce, včetně lidských ostrovních a embryonálních kmenových buněk, stejně jako myších kmenových buněk.

3D kultivace buněk se v mnoha laboratořích stále více stává standardem – zejména v oblastech, jako je výzkum kmenových buněk nebo regenerativní medicína. „V lidském těle se buňky organizují do buněčných svazků a orgánů, což znamená, že rostou ve třech rozměrech a nejsou pouze plošné,“ vysvětluje Cordula Böttger, aplikační specialistka v oblasti Life Science ve společnosti Heidolph Instruments GmbH & Co. KG. „Pomocí 3D buněčné kultury lze vytvořit umělé prostředí, ve kterém buňky rostou ve všech třech rozměrech a mohou komunikovat se svým okolím. To činí jejich chování mnohem bližším reálným podmínkám v těle, což umožňuje klinicky relevantnější výsledky.“ Ideálně lze výzkum provádět translokačně, takže poznatky lze mnohem rychleji než dříve převést do terapeutických opatření.

Nicméně mnoho 3D buněčných kulturových desek je omezeno buď počtem nebo jednotností pěstovaných sfér, což činí tento postup i přes jeho výhody méně ekonomickým řešením pro laboratoře. Při použití je třeba vzít v úvahu několik aspektů: Nosný materiál musí být tak navržen, aby sféry nepřerostly, jinak by mohly zaniknout kvůli nedostatku kyslíku v důsledku chybějících krevních cév. Interakce buněk během růstové fáze by měla probíhat pouze mezi buňkami, aby se zabránilo nekontrolované diferenciaci buněk nesprávnými signály. Cílem bylo proto vyvinout bezpečný design desky, který eliminuje tato rizika a zároveň umožňuje flexibilní škálování při jednoduché manipulaci. S SP5D a její patentovanou geometrií je nyní možné kultivovat velké množství stejnorodých sfér – až 9 000 na jedné desce. Tento design je 400krát úspornější na místo než aktuálně používaná technologie 3D kapkových kultur. Platforma je navržena tak, aby zvýšila reprodukovatelnost následných pokusů, protože experimenty vždy začínají za stejných výchozích podmínek díky nízké variabilitě velikosti pěstovaných buněčných shluků.

Trojsměrná geometrie s zaoblenými dny

„Zkratka SP5D znamená ‚Sphericalplate 5D‘, přičemž 5D odkazuje na celkem pět zúčastněných rozměrů,“ vysvětluje Böttger. „Skládá se z 3D struktury buněčných shluků rostoucích na desce, z potřebného času jako čtvrtého rozměru, který je zkrácen díky většímu výnosu a jednodušší manipulaci, a z tzv. buněčné komunikace jako pátého rozměru, která je nezbytná pro fyziologicky správné prostředí buněk a zabraňuje nežádoucím signálům.“ Homogenní souhra těchto parametrů je mimo jiné zajištěna patentovanou geometrií mikrovýstupků na desce. Princip lze zjednodušeně popsat takto: Buňky sklouznou do čtvercových, zaoblených „pyramidových děr“ a tak tvoří vždy stejné velké shluky. Tento uspořádání vede k pevné a pravidelné tvorbě shluků, takže agregát nebo buněčná koule je vždy udržována uprostřed jednotlivé mikrohlubinky. U jiných designů je to často nemožné, což ztěžuje dosažení identických shluků.

„Na desce SP5D je k dispozici dvanáct jam s 750 mikrovýstupky, což zajišťuje velmi vysoký výnos. Speciální úhel jednotlivých výstupků umožňuje buňkám klesat v konstantním počtu, čímž se eliminuje potřeba další centrifugace,“ vysvětluje Böttger. „Současně speciální povrchová úprava zabraňuje přilnavosti proteinových zbytků a buněčné signalizaci na povrchu buněk, čímž se zastavuje aktivace receptorů na buněčné stěně vůči cizím materiálům. Zvláštní geometrické rozměry umožňují buňkám růst jen do určité velikosti, která by již mohla vést k hypoxickým poškozením v důsledku nedostatku kyslíku.“

SP5D – optimalizováno pro laboratorní běžné použití a translokační medicínu

Práce s hotovou platformou SP5D je velmi uživatelsky přívětivá, takže je její používání rychle naučeno: Kultivace nevyžaduje předúpravu, odpadá složité povrchové úpravy. Výměna média je díky jednoduchému pipetování velmi pohodlná, protože výška mikrovýstupků byla nastavena tak, aby buněčné shluky zůstaly uvězněny. Jedním tahem pipety lze takto dodat 750 buněčných shluků, což je stokrát rychlejší než u jednotlivých platforem s spheroidami. Odběr je rovněž rychlý: protože buňky nelepí na povrch, jsou spheroidy „volně plovoucí“ a lze je snadno odebrat odsáváním z desky SP5D. Navíc je platforma kompatibilní se standardními automatizačními jednotkami, což usnadňuje začlenění 3D buněčné kultivace do stávajících laboratorních procesů. Volba materiálu desek z COC (cykloolefinové kopolymery) zajišťuje možnost real-time zobrazování s minimálním pozadím šumu.

Vysoká míra standardizace a spolehlivosti předurčuje SP5D k použití v intenzivně výzkumných institucích, které pracují s řadou buněčných linií a ko-kultivačními systémy. Některé z nejperspektivnějších aplikací, ve kterých je SP5D již úspěšně využívána, jsou in-vivo aplikace a translokační výzkum. SP5D nabízí vědcům velký prostor pro objevy i pro kultivaci vysoce kvalitního výzkumného materiálu pro následné procesy. To lze dobře ilustrovat například na výzkumu rakoviny a kmenových buněk: „Mnoho typů rakoviny vychází ze kmenových buněk, přičemž naše platforma by mohla být využita k napodobení prostředí rakovinných buněk – včetně buněčné signalizace a fyziologie. Tím by bylo možné například srovnávat chemoterapeutika a určit nejúčinnější léčbu pro pacienta,“ shrnuje Böttger přínos translokačního využití SP5D.