Filmen "Avatar" är inte den enda storfilmen i 3D som slår igenom i vinter. Ett team av Houston-forskare presenterade denna vecka en ny teknik för att odla 3D-cellkulturer, ett teknologiskt språng från den platta petriskålen som kunde spara miljontals dollar i kostnader för drogtester. Forskningen redovisas i Naturens nanoteknik .
Den 3-dimensionella tekniken är lätt nog för de flesta labb att installera omedelbart. Den använder magnetiska krafter för att sväva celler medan de delar sig och växer. Jämfört med cellkulturer odlade på plana ytor, 3D-cellkulturerna tenderar att bilda vävnader som mer liknar dem inuti kroppen.
"Det finns ett stort tryck just nu för att hitta sätt att odla celler i 3-D eftersom kroppen är 3-D, och kulturer som mer liknar inhemsk vävnad förväntas ge bättre resultat för prekliniska drogtester, " sa studiens medförfattare Tom Killian, Ph.D., docent i fysik vid Rice University. "Om du kunde förbättra noggrannheten i tidiga läkemedelsscreeningar med bara 10 procent, det uppskattas att du kan spara så mycket som 100 miljoner dollar per drog."
För cancerforskning, den "osynliga ställningen" som skapas av magnetfältet går utöver dess potential för att producera cellkulturer som mer påminner om riktiga tumörer, vilket i sig skulle vara ett viktigt framsteg, sa medförfattaren Wadih Arap, M.D., Ph.D., professor vid David H. Koch Center vid University of Texas M.D. Anderson Cancer Center.
För att få celler att sväva, forskargruppen modifierade en kombination av guldnanopartiklar och konstruerade virala partiklar som kallas "fag" som utvecklades i Araps och Renata Pasqualinis labb, Ph.D., även av Koch Center. Denna riktade "nanoskyttel" kan leverera nyttolaster till specifika organ eller vävnader.
"Ett logiskt nästa steg för oss kommer att vara att använda denna ytterligare magnetiska egenskap på riktade sätt för att utforska möjliga tillämpningar vid avbildning och behandling av tumörer, " sa Arap.
3D-modelleringen väcker en annan intressant långsiktig möjlighet. "Detta är ett steg mot att bygga bättre modeller av organ i labbet, sa Pasqualini.
Den nya tekniken är ett exempel på den innovation som kan uppstå när experter samlas från olika områden. Killian studerar ultrakalla atomer och använder finjusterade magnetfält för att manipulera dem. Han hade arbetat med Rice bioingenjör Robert Raphael, Ph.D., under flera år på metoder för att använda magnetfält för att manipulera celler. Så när Killians vän Glauco Souza, Ph.D., sedan en Odyssey Scholar som studerade med Arap och Pasqualini, nämnde att han utvecklade en gel som kunde ladda cancerceller med magnetiska nanopartiklar, det ledde till en ny idé.
"Vi undrade om vi kanske skulle kunna använda magnetfält för att manipulera cellerna efter att mina geler lagt magnetiska nanopartiklar i dem, sa Souza, som lämnade M.D. Anderson 2009 för att vara med och grunda Nano3D Biosciences (www.n3dbio.com), en startup som sedan licensierade tekniken från Rice och M.D. Anderson.
Nanopartiklarna i det här fallet är små bitar av järnoxid. Dessa läggs till en gel som innehåller fager. När celler läggs till gelén, fagen gör att partiklarna absorberas i celler under några timmar. Gelén tvättas sedan bort, och de nanopartikelladdade cellerna placeras i en petriskål fylld med en vätska som främjar celltillväxt och -delning.
I den nya studien, forskarna visade att genom att placera en myntstor magnet ovanpå skålens lock, de kunde lyfta cellerna från botten av skålen, koncentrera dem och låt dem växa och dela sig medan de suspenderades i vätskan.
Ett nyckelexperiment utfördes i samarbete med Jennifer Molina, en doktorand i laboratoriet hos Maria-Magdalena Georgescu, Ph.D., en docent vid M.D. Andersons avdelning för neuro-onkologi, där tekniken användes på hjärntumörceller som kallas glioblastom. Resultaten visade att celler odlade i 3D-mediet producerade proteiner som liknade de som producerades av gliobastomtumörer hos möss, medan celler odlade i 2-D inte visade denna likhet.
Souza sa att Nano3D Biosciences genomför ytterligare tester för att jämföra hur den nya metoden står sig mot befintliga metoder för att odla 3D-cellkulturer. Han sa att han är hoppfull att det kommer att ge resultat som är lika bra, om inte bättre, än långvariga tekniker som använder 3D-ställningar.
Raphael, en pappersmedförfattare, docent i bioteknik och medlem av Rices BioScience Research Collaborative, sa, "Det fina med den här metoden är att den tillåter naturliga cell-cell-interaktioner att driva sammansättningen av 3D-mikrovävnadsstrukturer. Metoden är ganska enkel och bör vara en bra ingång i 3D-cellodling för alla labb som är intresserade av drog upptäckt, stamcellsbiologi, regenerativ medicin eller bioteknik."
