Cultura celular 2D e 3D: histórico e uso da cultura tridimensional para descoberta de novos medicamentos

Cultura celular 2D e 3D: histórico e uso da cultura tridimensional para descoberta de novos medicamentos

A cultura celular 2D é a mais convencional e mais utilizada nas rotinas de laboratórios até os dias atuais. Sua primeira utilização tem origem no início do século XX e baseia-se no princípio de cultivar células aderentes ou não aderentes em uma superfície plana – como garrafas de cultivo ou placas de Petri. O baixo custo operacional e a manutenção simples são vantagens deste tipo de cultura. Desvantagens como: a falha em imitar as estruturas teciduais naturais e, consequentemente, alteram: (1) as interações célula-célula e ambiente extracelular; (2) a morfologia e o modo de divisão celular; (3) expressão gênica; (4) nutrientes ilimitados, o que não se mostra presente no ambiente natural – dentre outras – fazem com que novas técnicas tenham sido buscadas, como a cultura celular 3D. Tal método, por sua vez, possui um conjunto de técnicas que permitem às células interagirem com o meio em todas as direções, de forma mais semelhante ao que fariam em um ambiente in vivo. Os principais métodos de cultura celular 3D se baseiam em: (1) Cultura de suspensão em placas não-aderentes, utilizando microplacas suspensas, levitação magnética e microplacas esferóides. (2) Culturas em meio concentrado ou em substâncias gelatinosas (como o hidrogel, e. g.) fornecem uma simulação única da matriz extracelular, no momento em que permitem que citocinas e fatores de crescimento viajem através do gel, semelhante ao que acontece em um tecido in vivo. Além disso, os hidrogeis, no geral, são versáteis e podem ser reparados de várias formas, de acordo com o objetivo do experimento. (3) Culturas em andaime, utilizando-se suportes rígidos, fibras de vidro hidrofílicas e organoides. As principais vantagens da cultura de células 3D consistem em interações tridimensionais com o ambiente, morfologia e fenótipos diversos e acesso variável à nutrientes e condições ambientais, graças a modelagem in vitro de células in vivo. Entre as desvantagens, entretanto, pode-se citar testes mais caros e a dificuldade de se empregar, na prática, os métodos de cultura celular.

As baixas taxas de sucesso na busca por novos medicamentos indicam a necessidade da descoberta e/ou aperfeiçoamento de novas técnicas que melhorem a eficácia nessa busca. Apesar de a cultura de células 2D ter sido utilizada durante muito tempo para testes primários de novas drogas, são incapazes de imitar a complexidade das células no microambiente tecidual, bem como a interação destas com a matriz extracelular. Nesse sentido, a cultura de células 3D se mostra como forte candidata na busca por novos medicamentos. Em cultura de células 3D, as células têm sua morfologia mais normalizada, o que não ocorre na cultura 2D, fazendo com que as células sejam mais sensíveis às drogas nessa última. Além disso, outro fator influenciador na sensibilidade das células às drogas é a organização dos receptores celulares, diferentes nas culturas citadas, fazendo com que respostas diferentes sejam observadas. Ainda, células cultivadas em modelos 3D estão em diferentes estágios celulares – semelhante ao que ocorre em sistemas in vivo – diferentemente das células cultivadas em 2D, as quais estão no mesmo estágio celular. Por último, diferenças na forma das células nas duas culturas fazem com que ocorra uma diferença nos níveis de pH, onde níveis mais baixos de pH intracelular causam redução na eficácia do medicamento testado, contribuindo para a resistência, comprometendo o experimento.

Devido à precisão dos resultados de modelos de cultura 3D comparados à modelos in vivo, o perfil metabólico vem sendo utilizado como uma forma mais eficaz de avaliação no que diz respeito ao teste de eficácia de novos medicamentos. A dimensão extra na cultura 3D auxiliou os pesquisadores na compreensão das falhas existentes na cultura bidimensional, que causavam taxas mais baixas de eficácia da droga testada em relação aos ensaios in vivo. Assim, a cultura de células em um modelo tridimensional vem se mostrando promissora como um dos principais métodos de escolha na descoberta de novos medicamentos, devido ao fato de que tal cultura permite a interação célula-célula e célula-matriz extracelular, semelhante ao sistema in vivo, além dos modelos 3D estarem reduzindo o uso de animais.

Autor: Luiz Fernando Ramos

Revisão e responsáveis da disciplina: Graziela Domingues de Almeida Lima e Amanda dos Santos Lima

Conteúdo gerado a partir da disciplina: Cultura de célula animal e bioensasios

Coordenação do projeto de extensão: Juciano Gasparotto

Referências

Jensen C, Teng Y. Is It Time to Start Transitioning From 2D to 3D Cell Culture? Front Mol Biosci. 2020 Mar 6;7:33. doi: 10.3389/fmolb.2020.00033. PMID: 32211418; PMCID: PMC7067892.