Kultur sel sudah digunakan secara luas sebagai tools in vitro untuk meningkatkan pemahaman terkait biologi sel, morfologi jaringan dan mekanisme penyakit, pengobatan dan produksi protein. Kultur sel juga digunakan untuk studi dan pengembangan teknik jaringan. Umumnya riset yang terkait dengan biologi kanker berdasarkan eksperimen menggunakan kultur sel in vitro 2D. Namun kultur sel 2D masih memiliki banyak keterbatasan, seperti gangguan interaksi antara lingkungan seluler dan ekstraseluler, perubahan morfologi sel, polaritas, dan metode pembelahan. Kekurangan ini menyebabkan terciptanya model yang lebih mampu meniru kondisi in vivo. Salah satu metode tersebut adalah kultur tiga dimensi (3D). Optimalisasi kondisi kultur dapat memungkinkan pemahaman yang lebih baik tentang biologi kanker dan memfasilitasi studi biomarker dan terapi target.

Kultur 2D

Pada kultur 2D, sel tumbuh sebagai lapisan tunggal dalam labu kultur atau cawan petri datar, menempel pada permukaan flask. Keunggulan kultur 2D dikaitkan dengan pemeliharaan kultur sel yang sederhana dan berbiaya rendah serta dengan pelaksanaan uji fungsional. Sayangnya, kultur sel yang melekat juga memiliki banyak kekurangan. Pertama, sel yang dikultur 2D tidak meniru struktur alami jaringan atau tumor. Dalam metode kultur ini, interaksi sel-sel dan sel-lingkungan ekstraseluler tidak terwakili seperti yang terjadi pada massa tumor. Interaksi ini bertanggung jawab atas diferensiasi sel, proliferasi, vitalitas, ekspresi gen dan protein, respons terhadap rangsangan, metabolisme obat, dan fungsi seluler lainnya.

Setelah diisolasi dari jaringan dan dipindahkan ke kondisi 2D, morfologi sel berubah, begitu pula cara pembelahan sel. Hilangnya beragam fenotipe juga merupakan akibat dari kultur 2D. Perubahan morfologi sel dapat memengaruhi fungsinya, organisasi struktur di dalam sel, sekresi dan pensinyalan sel. Karena gangguan interaksi dengan lingkungan eksternal, sel yang tumbuh melekat kehilangan polaritasnya, yang mengubah respons sel tersebut terhadap berbagai fenomena, seperti apoptosis. Kekurangan lain dari kultur 2D adalah sel dalam monolayer memiliki akses tak terbatas ke bahan-bahan medium seperti oksigen, nutrisi, metabolit, dan molekul sinyal. Untuk sel kanker in vivo , ketersediaan nutrisi, oksigen, dan sebagainya, lebih bervariasi karena arsitektur alami massa tumor. Setelah diamati lebih lanjut, sistem 2D dapat mengubah ekspresi gen dan penyambungan, topologi dan biokimia sel. Selain itu, kultur yang melekat biasanya merupakan kultur tunggal dan hanya memungkinkan untuk mempelajari satu jenis sel, yang mengakibatkan kurangnya lingkungan mikro tumor, yang dibutuhkan oleh sel-sel pemicu kanker secara in vivo.

Kultur 3D

Berdasarkan metode persiapannya, model 3D dapat dibagi menjadi: a) kultur suspensi pada flask non-perekat; b) kultur dalam medium pekat atau dalam zat seperti gel; dan c) kultur pada perancah. Berikut deskripsi dan penjelasan terkait ketiga sistem kultur 3D tersebut.

1. Kultur suspensi pada flask non-perekat
   Merupakan sel tunggal yang ditanam pada lempeng non-perekat dengan medium. Struktur 3D dapat diamati setelah 3 hari kultur. Keuntungan dari metode ini adalah lebih sederhana, lebih mudah dan lebih cepat dalam pelaksanaan kultur. Selain itu sel dapat dengan mudah diekstraksi dari medium untuk digunakan eksperimen lebih lanjut. Sedangkan kekurangan dari metode ini adalah beberapa sel membutuhkan flask mahal yang dilapisi dengan bahan khusus, misalnya polistirena atau hidrogel yang terikat secara kovalen, karena kemampuan adhesi sel yang kuat. Pembentukan agregat sel sebagai akibat dari pergerakan sel dalam medium.
2. Kultur dalam medium pekat atau dalam zat seperti gel
   Pada metode ini sel tunggal tumbuh dalam medium yang mengandung zat dengan sifat pembentuk gel seperti agarose. Agarose yang memiliki titik leleh rendah yang dilarutkan dengan medium sel dituangkan ke cawan petri dan diinkubasi hingga mengeras untuk mendapatkan lapisan pertama atau lapisan bawah. Selanjutnya lapisan atas yang terdiri dari agarosa dan medium dengan sel tunggal ditambahkan. Setelah itu sel-sel tersebut dibanjiri dengan Matrigel (hidrogel multiprotein). Struktur 3D dapat diamati setelah 7 hari kultur. Keuntungan metode ini adalah adanya agar lunak memungkinkan untuk mempelajari pertumbuhan sel tunggal tanpa memperhatikan perlekatan dan fenomena pelepasan dari anoikis. Sel yang dikultur dalam Matrigel dapat dengan mudah diambil untuk analisis lebih lanjut. Sel-sel dalam Matrigel memiliki interaksi tiga dimensi dengan lingkungan lokal dan membentuk struktur mirip jaringan.
3. Kultur pada perancah
   Metode ini memungkinkan sel-sel dapat bermigrasi di antara serat dan menempel pada perancah, yang terbuat dari bahan yang dapat terurai secara hayati seperti sutra, kolagen, laminin, alginat, dan mengisi ruang di antara serat, tumbuh dan membelah diri. Keuntungan dari metode ini adalah adanya sistem yang kompatibel dengan tes fungsional yang tersedia secara komersial, serta dengan kit isolasi DNA/RNA dan protein. Metode ini juga mudah disiapkan untuk analisis imunohistokimia.

Konsep bola 3D didasarkan pada penciptaan struktur sferoid di mana sel membentuk berbagai lapisan. Struktur ini meniru fitur fisik dan biokimia dari massa tumor padat. Analisis morfologi dari 40 lini sel tumor (berasal dari: glioblastoma, astrocytoma, tumor Wilms, neuroblastoma, karsinoma sel skuamosa kepala dan leher, melanoma, kanker paru-paru, payudara, usus besar, prostat, ovarium, hepatoseluler, dan pankreas) yang dikultur dalam kondisi sferoid 3D mengarah pada identifikasi tiga kelompok berbeda menurut arsitektur bentuk sferoid yaitu sferoid rapat, agregat kompak, dan agregat longgar. Beberapa sel dalam kondisi non-adhesif menunjukkan interaksi sel-sel dan sel-matriks yang berkurang, kehilangan penambatannya, lolos dari anoikis, membelah, dan menciptakan bola.

Gambar 1. Ilustrasi kultur sel 2D (A) dan kultur sel 3D (B, C, D, E, F). Sumber: Kapałczyńska et al., 2016

Berikut perbandingan metode kultur sel 2D dan 3D

ADME-tox dan kultur in vitro

ADME-tox merupakan metode dalam pengembangan obat yang mencakup Absorbsi, Distribusi, Metabolisme dan Ekskresi, sedangkan tox merujuk pada toxisitas. Metode ini menjelaskan pengujian bagaimana obat diserap, didistribusikan, dilakukan proses metabolisme dan kemudian dilakukan eliminasi apakah aman atau berbahaya bagi tubuh, untuk memprediksi efikasi dan safety obat.

Absorbsi akan menjelaskan bagaimana obat masuk kedalam aliran darah dari asal pemberiannya, misalkan oral atau injeksi. Distribusi dimaksudkan untuk menjelaskan bagaimana obat dapat menyebar ke seluruh jaringan dan organ tubuh melalui pembuluh darah. Metabolisme digunakan untuk menjelaskan bagaimana tubuh memetabolisme obat menjadi senyawa metabolit, proses ini umumnya berlangsung di organ hepar. Ekskresi menjelaskan bagaimana obat metabolitnya dikeluarkan dari tubuh melalui urin, keringat ataupun feses. Toksisitas mengevaluasi potensi efek samping atau bahaya yang ditimbulkan oleh obat terhadap sel dan organisme. Oleh karena itu, selain sifat farmakologis sifat ADME/Tox merupakan penentu penting dari keberhasilan klinis suatu obat.

Kesadaran ini telah menyebabkan diperkenalkannya screening ADME/Tox sejak dini selama proses penemuan obat, sebagai upaya untuk menyeleksi obat-obatan yang memiliki profil ADME/Tox yang bermasalah. Informasi lebih lanjut mengenai ADME-Tox dapat diakses pada link berikut.

Screening ADME/tox dilakukan menggunakan cara in vitro dengan kultur sel. Beberapa sel yang digunakan untuk screening ADME/tox adalah sebagai berikut: Caco2 untuk screening absorbsi; hepatosit untuk screening metabolisme; sel ginjal (kidney) untuk screening ekskresi dan hepatosit juga untuk screening toksisitas.

Berikut beberapa Cell Line dari brand Cellverse yang dapat kami supply untuk kebutuhan anda terkait kultur sel untuk screening ADME-tox.

Apabila terdapat kebutuhan terkait Cell Line dan sekiranya ingin berdiskusi terlebih dahulu, mohon dapat menghubungi pada kontak berikut. Terimakasih.

Source:

Kapałczyńska M, Kolenda T, Przybyła W, Zajączkowska M, Teresiak A, Filas V, Ibbs M, Bliźniak R, Łuczewski Ł, Lamperska K. 2D and 3D cell cultures – a comparison of different types of cancer cell cultures. Arch Med Sci. 2018 Jun;14(4):910-919. doi: 10.5114/aoms.2016.63743. Epub 2016 Nov 18. PMID: 30002710; PMCID: PMC6040128.

https://indogen.id/adme-tox-absorption-distribution-metabolism-excretion-dan-toxicology/