3D Cell culture

1. 3D Cell Culture: Scaffolds for Tissue Engineering
In the name of God the Appreciative the Source of peace
Prof. Kalbassi
Hamid Salari Joo

2. Tissue Engineering
‫ت‬‫یا‬ ‫قسمتی‬ ‫و‬ ‫شده‬‫یکی‬ ‫همدیگر‬‫با‬‫یستی‬‫ز‬ ‫فعال‬ ‫های‬ ‫ل‬‫مولکو‬‫دیگر‬ ‫و‬ ‫شد‬‫ر‬ ‫فاکتورهای‬ ،‫ها‬ ‫ل‬‫سلو‬ ،‫مواد‬‫آن‬ ‫در‬‫که‬‫ای‬‫پروسه‬‫ا‬‫ر‬‫بافت‬ ‫ای‬‫که‬
‫شود‬ ‫می‬ ‫شده‬‫ی‬‫جایگذار‬ ‫محل‬ ‫در‬‫دیده‬‫آسیب‬ ‫بافت‬‫یک‬ ‫ه‬‫ر‬‫دوبا‬ ‫شد‬‫ر‬ ‫و‬‫تعمیر‬‫به‬ ‫منجر‬‫که‬‫ند‬‫ز‬‫سا‬ ‫می‬.
‫های‬‫ر‬‫ساختا‬‫تولید‬‫ای‬‫ر‬‫ب‬ ‫آنها‬ ‫از‬ ‫و‬‫ند‬‫ر‬‫دا‬ ‫امیکی‬‫ر‬‫س‬‫یا‬‫ی‬‫پلیمر‬‫منشا‬ ‫عمدتا‬ ،‫شود‬ ‫می‬ ‫استفاده‬‫ایند‬‫ر‬‫ف‬‫این‬ ‫در‬‫که‬ ‫موادی‬3‫ای‬‫ر‬‫دا‬‫که‬‫بعدی‬
‫گردد‬ ‫می‬ ‫استفاده‬،‫هستند‬ ‫ویژه‬ ‫عملکردهای‬‫انجام‬ ‫جهت‬ ‫مناسبی‬‫فیزیکی‬ ‫خصوصیات‬ ‫و‬ ‫شکل‬،‫ه‬‫ز‬‫اندا‬.
‫بندی‬ ‫چوب‬ ‫چهار‬(scaffold)‫ای‬‫ر‬‫ش‬‫بتواند‬ ‫همچینن‬ ‫و‬ ‫باشد‬‫داشته‬ ‫ا‬‫ر‬ ‫خود‬‫به‬‫کشت‬‫محیط‬ ‫در‬ ‫هدف‬ ‫سلولهای‬‫جذب‬‫قابلیت‬‫باید‬‫ط‬
‫باشد‬‫داشته‬ ‫خود‬ ‫درون‬‫به‬ ‫ا‬‫ر‬ ‫سلولی‬ ‫خارج‬‫ماتریکس‬‫جذب‬ ‫چنین‬ ‫هم‬ ‫و‬ ‫آنها‬‫تکثیر‬.‫ای‬‫ر‬‫ب‬ ‫مطلوب‬‫ایط‬‫ر‬‫ش‬‫بتواند‬ ‫شکل‬‫بدین‬ ‫تا‬‫شد‬‫ر‬3‫بعدی‬
‫د‬‫ر‬‫آو‬ ‫اهم‬‫ر‬‫ف‬ ‫ا‬‫ر‬‫بافت‬‫یک‬ ‫شکل‬‫به‬ ‫هدف‬‫سلولهای‬.
Scaffold‫میکنند‬ ‫اهم‬‫ر‬‫ف‬ ‫ل‬‫سلو‬ ‫شد‬‫ر‬‫ای‬‫ر‬‫ب‬‫ا‬‫ر‬ ‫فیزیکی‬‫ایط‬‫ر‬‫ش‬ ‫همچنین‬ ‫و‬‫بافت‬ ‫شد‬‫ر‬ ‫و‬‫توسعه‬‫ای‬‫ر‬‫ب‬ ‫ا‬‫ر‬ ‫فضایی‬ ‫واقع‬ ‫در‬ ‫ها‬.

3. ‫ها‬ ‫ل‬‫ژ‬‫هیدرو‬(Hydrogels)‫قابلیت‬encapsulate‫جدا‬‫سلولهای‬ ‫شد‬‫ر‬‫ای‬‫ر‬‫ب‬ ‫مناسب‬‫محیط‬ ‫کردن‬ ‫اهم‬‫ر‬‫ف‬ ‫همچنین‬ ‫و‬ ‫کردن‬‫کپسوله‬
‫است‬ ‫داده‬‫نشان‬‫ا‬‫ر‬‫کشت‬‫محیط‬ ‫در‬ ‫هم‬‫از‬ ‫شده‬.‫ن‬‫کالژ‬ ‫های‬ ‫ل‬‫ژ‬ ،‫مثال‬‫عنوان‬‫به‬(Collagen gels)‫حفاظت‬ ‫و‬ ‫حفاظت‬‫جهت‬‫میتوان‬‫ا‬‫ر‬
‫سلولهای‬‫ایمنی‬xenografted and homografted‫کرد‬ ‫استفاده‬.
‫های‬ ‫ل‬‫ژ‬‫از‬‫برخی‬scaffold‫کرد‬‫تزریق‬‫د‬‫ر‬‫دا‬ ‫وجود‬ ‫قسمت‬‫آن‬ ‫ی‬‫ساز‬‫ز‬‫با‬ ‫هدف‬‫که‬‫بدن‬‫از‬ ‫مکانی‬ ‫درون‬‫به‬‫مستقیم‬ ‫بطور‬‫میتوان‬ ‫ا‬‫ر‬.‫ب‬‫عنوان‬
‫کرد‬ ‫استفاده‬ ‫حالت‬‫این‬ ‫از‬ ‫میتوان‬‫استخوان‬ ‫و‬ ‫غضروف‬ ‫های‬ ‫بافت‬‫ای‬‫ر‬‫ب‬ ‫مثال‬.

4. ‫جنس‬Scaffold‫درو‬‫به‬ ‫شده‬‫ساخته‬ ‫بافت‬‫انتقال‬ ‫نهایت‬ ‫در‬ ‫و‬‫بافت‬‫تشکیل‬ ‫و‬ ‫ل‬‫سلو‬ ‫شد‬‫ر‬‫از‬‫بعد‬‫که‬ ‫شود‬‫انتخاب‬ ‫طوری‬‫باید‬‫بافت‬ ‫ن‬
‫کند‬ ‫حل‬ ‫خود‬ ‫در‬‫ا‬‫ر‬‫آن‬‫بتواند‬‫احتی‬‫ر‬‫ب‬‫بدن‬ ،‫آن‬‫با‬ ‫اتصال‬ ‫و‬ ‫نظر‬ ‫مورد‬ ‫دیده‬‫آسیب‬.
‫ساختار‬ ‫همچنین‬Scaffold‫و‬ ‫خود‬ ‫درون‬‫به‬ ‫مغذی‬ ‫مواد‬‫ود‬‫ر‬‫و‬ ،‫خود‬ ‫درون‬‫به‬‫سلولها‬‫ود‬‫ر‬‫و‬ ‫ه‬‫ز‬‫اجا‬‫که‬ ‫باشد‬ ‫طوری‬‫باید‬ ‫آن‬‫تخلخل‬ ‫ان‬‫ز‬‫می‬ ‫و‬
‫کند‬‫تسهیل‬‫ا‬‫ر‬‫سلولها‬‫متابولیسم‬‫از‬ ‫حاصل‬‫ائد‬‫ز‬‫مواد‬ ‫خروج‬.‫عرو‬ ‫یا‬ ‫ها‬‫مویرگ‬ ‫از‬‫جدیدی‬‫شبکه‬ ‫شد‬‫ر‬‫ای‬‫ر‬‫ب‬ ‫ا‬‫ر‬‫ایط‬‫ر‬‫ش‬‫باید‬ ‫همچنین‬‫ا‬‫ر‬ ‫خونی‬ ‫ق‬
‫کند‬ ‫اهم‬‫ر‬‫ف‬.
‫باالی‬ ‫سطح‬ ‫ان‬‫ز‬‫می‬‫کلی‬‫بطور‬Scaffold‫تخلخ‬ ‫باالی‬‫حجم‬ ‫همچنین‬‫و‬‫شود‬ ‫می‬ ‫شده‬‫اهم‬‫ر‬‫ف‬ ‫بستر‬ ‫به‬ ‫ل‬‫سلو‬ ‫ی‬‫بیشتر‬ ‫خیلی‬ ‫تعداد‬ ‫اتصال‬ ‫به‬ ‫منجر‬‫به‬ ‫منجر‬‫ل‬
‫گردد‬ ‫می‬‫ائد‬‫ز‬ ‫مواد‬‫و‬ ‫غذایی‬ ‫مواد‬‫کافی‬ ‫جریان‬ ‫و‬ ‫سلولها‬‫شد‬‫ر‬،‫سلولها‬ ‫مهاجرت‬ ‫ای‬‫ر‬‫ب‬ ‫کافی‬ ‫ایط‬‫ر‬‫ش‬‫شدن‬ ‫اهم‬‫ر‬‫ف‬.

5. ‫طراحی‬‫هنگام‬ ‫در‬ ‫بنابراین‬Scaffold‫داشت‬‫توجه‬ ‫یر‬‫ز‬‫د‬‫ر‬‫موا‬ ‫به‬ ‫باید‬:
(1‫کنند‬ ‫شد‬‫ر‬ ‫و‬ ‫شوند‬ ‫داده‬‫کشت‬‫است‬‫ار‬‫ر‬‫ق‬‫که‬ ‫هایی‬ ‫ل‬‫سلو‬‫ابعاد‬
(2‫هدف‬ ‫های‬ ‫ل‬‫سلو‬ ‫فعالیت‬‫نوع‬
(3‫نظر‬ ‫مورد‬‫سلولهای‬‫نیاز‬ ‫مورد‬ ‫های‬‫متابولیت‬‫ه‬‫ز‬‫اندا‬ ‫و‬‫تولیدات‬‫نوع‬
(4‫سلولها‬‫توسط‬‫تولیدی‬‫ائد‬‫ز‬ ‫مواد‬‫نوع‬
(5‫کننده‬‫تغذیه‬‫مویرگهای‬ ‫حضور‬ ‫ان‬‫ز‬‫می‬‫کننده‬‫تعیین‬‫که‬‫ند‬‫ر‬‫دا‬‫نیاز‬ ‫بافت‬‫یک‬ ‫نهایت‬ ‫در‬ ‫و‬ ‫سلولها‬‫که‬‫غذایی‬ ‫مواد‬‫ان‬‫ز‬‫می‬ ‫و‬‫نوع‬‫است‬
‫نوع‬‫دو‬‫کلی‬‫ر‬‫بطو‬Scaffold‫شود‬‫می‬ ‫استفاده‬‫ماهیت‬ ‫لحاظ‬ ‫به‬:
(1‫طبیعی‬.....‫اند‬ ‫داده‬ ‫نشان‬‫خود‬ ‫از‬ ‫کم‬ ‫التهابی‬ ‫های‬ ‫پاسخ‬‫همچنین‬‫و‬‫پائین‬ ‫خیلی‬ ‫سمیت‬ ‫ان‬‫ز‬‫می‬‫و‬‫خوب‬ ‫بسیار‬ ‫یستی‬‫ز‬ ‫ی‬‫پذیر‬ ‫ش‬‫ز‬‫سا‬ ‫همگی‬.
Collagen
Fibrin
Fibroin
Glycosaminoglycans
Chitosan
Alginates
starch
(1‫سنتتیک‬.......‫اس‬ ‫تر‬ ‫بینی‬‫پیش‬ ‫قابل‬ ‫طبیعی‬ ‫گروه‬‫به‬ ‫نسبت‬ ‫آنها‬ ‫نتایج‬ ‫ولی‬‫ند‬‫ر‬‫دا‬ ‫طبیعی‬ ‫گروه‬‫به‬ ‫نسبت‬ ‫ی‬‫کمتر‬ ‫ی‬‫پذیر‬ ‫سازگار‬‫ت‬.
Poly(glycolic acid) (PGA),
Poly(lactic acid) (PLA), or their copolymers or blends
Aliphatic poly-ester polycaprolactone (PCL)

6. Collagen
‫است‬‫هلیکال‬‫ساختمان‬‫و‬ ‫ای‬‫شته‬‫ر‬‫ساختمان‬ ‫با‬‫تئین‬‫و‬‫پر‬ ‫یک‬‫ن‬‫کالژ‬
‫ساخت‬‫در‬ ‫ن‬‫کالژ‬ ‫از‬ ‫استفاده‬ ‫اصلی‬ ‫دالیل‬Scaffold.‫شامل‬:
(1‫اتصالی‬ ‫های‬‫بافت‬‫به‬ ‫مکانیکی‬ ‫اتصال‬ ‫کردن‬ ‫اهم‬‫ر‬‫ف‬
(2‫باشد‬ ‫می‬ ‫خونی‬‫مویرگهای‬‫توسعه‬ ‫و‬ ‫شد‬‫ر‬ ‫و‬‫سلولها‬ ‫اتصال‬‫جهت‬ ‫مناسب‬ ‫مکانی‬ ‫کردن‬ ‫اهم‬‫ر‬‫ف‬.
‫د‬‫ر‬‫دا‬ ‫وجود‬ ‫ن‬‫کالژ‬‫نوع‬ ‫سه‬:
(1type I (found in skin and bone)
(2type II (cartilage)
(3type III (blood-vessel walls)
‫تولید‬‫ل‬‫معمو‬ ‫روش‬Scaffold‫ن‬‫کالژ‬ ‫جنس‬‫از‬......‫روش‬freeze-drying‫است‬.‫های‬ ‫شته‬‫ر‬‫از‬ ‫سوسپانسیونی‬‫بطوریکه‬
‫میدهند‬‫ار‬‫ر‬‫ق‬ ‫ایر‬‫ر‬‫د‬ ‫فریز‬ ‫در‬ ‫شده‬‫کریستاله‬‫نمک‬ ‫با‬‫ا‬‫ر‬ ‫ن‬‫کالژ‬‫پروتئینی‬.
Collagen scaffolds........‫تولید‬ ‫در‬ ‫عمدتا‬‫مویرگ‬‫و‬‫رگهای‬‫خونی‬‫است‬ ‫شده‬ ‫استفاده‬ ‫و‬‫مطالعه‬.

7. Chitosan
‫د‬‫ر‬‫دا‬ ‫وجود‬‫ات‬‫ر‬‫حش‬ ‫و‬‫پوستان‬ ‫سخت‬‫جی‬‫ر‬‫خا‬‫پوسته‬ ‫در‬‫که‬ ‫است‬ ‫ید‬‫ر‬‫ساکا‬‫پلی‬‫نوعی‬‫کیتوزان‬.‫اس‬‫با‬‫میتوان‬‫ا‬‫ر‬ ‫ید‬‫ر‬‫ساکا‬‫پلی‬‫این‬‫آنزیم‬‫از‬ ‫تفاده‬
‫کرد‬ ‫تخریب‬‫ایم‬‫ز‬‫لیزو‬ ‫و‬‫کیتوزاناز‬‫مثل‬ ‫هایی‬.
‫های‬‫ر‬‫ساختا‬ ‫شکل‬‫به‬‫میتوان‬‫ا‬‫ر‬‫کیتوزان‬3‫د‬‫ر‬‫آو‬‫ر‬‫د‬‫بعدی‬.
‫روی‬ ‫بر‬‫بیولوژیک‬ ‫های‬‫ی‬ ‫بررس‬scaffold‫نوع‬‫این‬ ‫در‬ ‫شده‬ ‫داده‬‫کشت‬‫سلولهای‬‫که‬‫داد‬‫نشان‬‫کیتوزانی‬scaffold‫خود‬ ‫ی‬‫ظاهر‬ ‫شکل‬ ‫ها‬
‫میکنند‬‫حفظ‬ ‫بخوبی‬‫ا‬‫ر‬ ‫خود‬‫متابولیکی‬‫فعالیت‬ ‫همچنین‬ ‫و‬.
‫از‬‫که‬ ‫هایی‬ ‫استفاده‬ ‫در‬scaffold‫خصوص‬ ‫همه‬‫که‬‫داد‬‫نشان‬‫پذیرفته‬ ‫صورت‬‫استخوانی‬ ‫بافت‬‫مشکالت‬ ‫بهبود‬‫ای‬‫ر‬‫ب‬‫که‬‫کیتوزان‬‫یات‬
‫است‬ ‫داده‬‫ایش‬‫ز‬‫اف‬ ‫ا‬‫ر‬‫استخوان‬ ‫بافت‬ ‫ی‬‫ساختار‬ ‫و‬‫بیولوژیک‬.

8. Glycosaminoglycan (GAGs)
‫د‬‫ر‬‫دا‬ ‫وجود‬ ‫سلولی‬ ‫خارج‬‫ماتریکس‬ ‫در‬ ‫یادی‬‫ز‬‫خیلی‬ ‫ان‬‫ز‬‫می‬‫به‬‫که‬‫هستند‬ ‫هایی‬‫گلیکوپروتئین‬
‫آمیز‬ ‫موفقیت‬ ‫ساخت‬ ‫در‬ ‫ن‬‫کالژ‬‫با‬‫ترکیب‬ ‫در‬‫ا‬‫ر‬ ‫ها‬‫گلیکوپروتئین‬‫این‬‫توانایی‬ ‫یادی‬‫ز‬ ‫مطالعات‬scaffold‫سانده‬‫ر‬‫اثبات‬‫به‬‫نانولوله‬ ‫شکل‬‫به‬
‫اند‬.
‫حض‬‫جهت‬ ‫ای‬‫پیوسته‬ ‫هم‬‫ر‬‫د‬‫شبکه‬‫ایجاد‬‫به‬ ‫منجر‬‫آید‬ ‫می‬ ‫بوجود‬ ‫ها‬‫گلیکوپروتئین‬‫این‬ ‫و‬ ‫ن‬‫کالژ‬‫بین‬‫که‬ ‫اتصاالتی‬‫دلیل‬‫به‬‫خارج‬‫ماتریکس‬ ‫ور‬
‫سلولی‬(extracellular matrix)‫شود‬ ‫می‬.‫شد‬‫ر‬ ‫شروع‬‫جهت‬ ‫است‬‫اصولی‬ ‫و‬ ‫ها‬‫پایه‬‫مهمترین‬‫از‬ ‫یکی‬‫ویژگی‬‫این‬3‫تبدیل‬ ‫و‬‫سلولها‬ ‫بعدی‬
‫بافت‬‫به‬ ‫شدن‬.

9. Agarose
‫شود‬ ‫می‬ ‫استفاده‬ ‫پزشکی‬ ‫تحقیقات‬ ‫در‬‫ای‬ ‫گسترده‬ ‫بطور‬ ‫و‬ ‫شود‬ ‫می‬‫اج‬‫ر‬‫استخ‬ ‫ها‬‫جلبک‬‫از‬‫که‬‫است‬ ‫یدی‬‫ر‬‫ساکا‬‫پلی‬‫پلیمر‬.
‫آب‬ ‫در‬‫آن‬ ‫باالی‬‫خیلی‬‫انحالل‬ ‫قابلیت‬‫به‬ ‫منجر‬ ‫د‬‫ر‬‫دا‬ ‫وجود‬‫پلیمر‬‫این‬ ‫ساختار‬ ‫در‬‫که‬ ‫باالیی‬‫خیلی‬‫هیدروکسیل‬ ‫های‬ ‫گروه‬ ‫بخاطر‬‫است‬ ‫شده‬.‫از‬
‫تولید‬ ‫جهت‬‫اینرو‬scaffold‫ب‬ ‫درون‬‫اتصاالت‬ ‫ایجاد‬ ‫و‬ ‫نظر‬ ‫مورد‬‫بافت‬ ‫در‬ ‫ی‬‫بکارگیر‬ ‫و‬ ‫استفاده‬ ‫از‬‫بعد‬‫احتی‬‫ر‬‫ب‬ ‫و‬‫است‬‫شمند‬‫ز‬‫ار‬‫بسیار‬‫افتی‬
‫نوع‬‫این‬ ‫روی‬‫که‬‫سلولهایی‬scaffold‫ش‬ ‫می‬‫تجزیه‬‫بدن‬ ‫در‬‫از‬‫احتی‬‫ر‬‫ب‬‫پلیمر‬‫این‬ ،‫شده‬ ‫داده‬‫پیوند‬‫بافت‬ ‫ر‬‫مجاو‬‫سلولهای‬‫با‬‫میکنند‬ ‫شد‬‫ر‬‫از‬ ‫و‬ ‫ود‬
‫شود‬ ‫می‬ ‫خارج‬‫بدن‬.
scaffold‫بصورت‬‫سلولها‬‫که‬‫میشود‬ ‫منجر‬‫احتی‬‫ر‬‫ب‬‫میشود‬‫تولید‬‫پلمیر‬‫نوع‬‫این‬‫از‬‫که‬ ‫ی‬3‫یافت‬‫ر‬‫د‬‫ا‬‫ر‬ ‫خود‬‫غذایی‬ ‫مواد‬ ‫و‬‫کنند‬ ‫شد‬‫ر‬‫بعدی‬
‫شود‬ ‫می‬ ‫استفاده‬ ‫ها‬ ‫غضروف‬ ‫ترمیم‬ ‫های‬‫احی‬‫ر‬‫ج‬ ‫در‬ ‫استفاده‬ ‫و‬ ‫اتصال‬‫قابلیت‬ ‫بافت‬‫تشکیل‬‫با‬ ‫و‬‫کنند‬.

10.  Alginate is a naturally derived polysaccharide found in cell walls of brown algae.
 It is a polyanion composed of two repeating monomer units: β -d-mannuronate (n) and α -l-guluronate(m)
 Alginate beads are used to encapsulate cells.
 Hepatocytes seeded on alginate porous scaffolds kept their functionality and secreted albumin
Alginate