كاربرد كشت سه ‌بعدي در بهينه‌سازي تحقيقات دارويي سرطان: از روش‌هاي سنتي تا تكنولوژي نوين ميكروسيالي

Three-Dimensional Cell Cultures in Anticancer Drug Researches: From Traditional Methods to Emerging Microfluidic Technology

با وجود هزينه‌هاي هنگفت و زمان بسياري كه در مراحل پيش كارآزمايي‌هاي باليني صرف مي‌شود، بيش از نيمي از فراورده‌هاي دارويي به دليل عدم اثربخشي يا بروز عوارض جانبي از چرخه‌ي توليد حذف مي‌گردند. اين در حالي ‌است كه بروز مقاومت‌هاي دارويي و تفاوت‌هاي فردي، در بيماري‌هاي پيچيده‌اي همچون سرطان و نيز گسترش روزافزون مفهوم پزشكي شخصي، نياز به ارايه‌ي مدل‌هاي كارآمد و مؤثر را در بررسي‌هاي دارويي بيش از پيش نمايان مي‌سازد. كشت‌هاي سلولي، ابزارهاي مهمي بررسي‌هاي دارويي هستند كه در مراحل پيش‌ كارآزمايي ‌باليني به ‌طور گسترده مورد استفاده قرار مي‌گيرند. امروزه، مسجل شده است كه سهم عظيمي از عدم موفقيت مراحل پيش ‌كارآزمايي‌ باليني به عدم موفقيت كشت‌هاي سلولي در شبيه‌سازي شرايط بدن بر مي‌گردد. به همين دليل، امروزه ظهور كشت‌هاي سه‌ بعدي، پنجره‌اي جديد را به روي مطالعات دارويي گشوده است. مطالعات متعددي نشان مي‌دهند كه شيوه‌هاي نوين كشت سلول با توانايي شبيه‌سازي تعاملات سلول-سلول، سلول- ماتريكس و ايجاد شيب غلظت دارو، اكسيژن، متابوليت‌ها و مواد غذايي، مشابه با شرايط بدن، به‌ طور مستقيم يا غير مستقيم (از طريق تأثيرگذاري بر بيان ژن‌ها و ايجاد فنوتيپ طبيعي)، مطالعات دارويي را قابل اعتمادتر كرده‌ است. به تازگي، براي تطابق بيشتر با بدن، از كشت‌هاي سه بعدي در تراشه‌هاي ميكروسيالي نيز استفاده مي‌شود. ريزتراشه‌ها، به دليل اندازه‌ي نزديك به سلول‌ها و عروق بدن، امكان كشت سلول به شيوه‌ي پويا و غيره، شباهت بيشتري با بدن فراهم مي‌كنند. در مقاله‌ي پيش‌رو، ضمن مروري بر روش‌هاي مختلف كشت سه ‌بعدي، كاربردهاي آن در مطالعات دارويي نيز مطرح مي‌گردد.

Despite the expensive and time-consuming pre-clinical assessments, more than 50% of medicines fail to reach manufacturing cycle due to the low therapeutic index or possible side effects. Moreover, the challenge of drug resistance and person-to-person variation in complex diseases, such as cancer, and the growing concept of personalized medicine has also made a strong demand for more reliable pre-clinical drug assessment models. Cell culture is an essential and widely-used model in pre-clinical trials, but today we know that traditional culture methods fail to mimic the real in-vivo microenvironment, and hence they are proven to be responsible for the trails’ failure. It seems that the problem is going to be solved by the advent of three-dimentional (3D)-cell culture systems in which cell-cell and cell-matrix interaction, as well as the gradients of drugs, oxygen, metabolites, and nutrients, are well designed to efficiently mimic natural conditions, and provide more reliable results for drug assessments. A variety of researchers have purposed that this new paradigm, either directly or indirectly (by affecting gene expression and inducing natural phenotypes), affect cell behavior to meet the challenge of pre-clinical and clinical inconsistency. Recently, 3D-cultures on microfluidic platforms are used to provide a higher level of adaptation to living bodies. Due to the comparable similarity between microchips and living cells scales as well as the body vessels, besides the possibility to run a dynamic culture situation with real physical tension, etc. they are more potent to mimic actual in vivo microenvironment. Therefore, here, we are going to review various models of 3Dcell culture systems, and discuss their impact on pharmaceutical researches.