3D liver cell models and automation as tools for drug development

In vitro -maksasolumalleilla tutkitaan esimerkiksi maksatoksisuutta, joka on yksi suurimmista turvallisuuteen liittyvistä lääkekehityksen epäonnistumisen syistä. 2D-soluviljelmiin perustuvat tutkimukset yhdisteiden seulonnassa ovat vakiomenetelmiä lääkekehityksessä, mutta kokeista on vaikea saada luotettavia tuloksia lääkkeiden in vivo -tutkimuksia varten, koska tasomaisesti kasvatetut solut ovat epäluonnollisessa ympäristössä. 3D-viljelmissä soluilla on luonnollisempia kontakteja toisiin soluihin ja ekstrasellulaarimatriksiin, ja niiden vasteet lääkkeille muistuttavat paremmin in vivo -vasteita. Lääkekehityksessä solukasvatusprosessien ja lääkkeiden tehoseulonnan automatisointi säästää aikaa ja rahaa sekä parantaa menetelmien standardoimista ja steriiliyttä. Kun 3D-solukasvatussysteemien yhteensopivuus automaation kanssa paranee, 3D-menetelmien käyttäminen lääkekehityksessä on lupaavampaa. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli kehittää ja optimoida automatisoituja prosesseja 3D- solukasvatusviljelmien valmistelemiseen 96-kuoppalevyille. HepG2-solujen istutus kuoppalevylle nanofibrillaariseen selluloosahydrogeeliin tehtiin manuaalisesti tai automaattisen nesteenkäsittelysysteemin avulla, ja automaatiota hyödynnettiin ensimmäistä kertaa solujen istutuksessa nanofibrillaariseen selluloosahydrogeeliin. Automatisoitavat vaiheet solujen kuoppalevylle istutuksessa tunnistettiin ja optimoitiin kuoppien visuaalisen analyysin ja solujen elävyyden perusteella. Manuaalisia ja automatisoituja prosesseja verrattiin optimoinnin jälkeen tutkimalla solujen elävyyttä, morfologiaa ja funktionaalisuutta. Solujen elävyyttä tutkittiin Alamar blue -kokeella, Live/Dead -kokeella ja fluoresenssiin perustuvalla solujen jaottelulla. Solujen morfologiaa tarkasteltiin F-aktiinin värjäyksellä, differentiaali-interferenssimikroskopialla ja valomikroskopialla. Solujen funktionaalisuutta analysoitiin albumiinin erityksen perusteella. Automaation avulla istutetut solut erittivät normaalisti albumiinia. Solujen elävyys, morfologia ja funktionaalisuus säilyivät neljän päivän ajan viljelyn aloittamisesta, vaikka solujen elävyyden tulokset olivat vaihtelevia. Alamar blue -kokeen perusteella solujen elävyys laski päinvastoin kuin manuaalisesti istutettujen solujen elävyys, mutta muissa tutkimuksissa tulokset olivat lähempänä toisiaan. Esimerkiksi laimeampi nanoselluloosageeli ja solujen pidempi odotusaika huoneenlämmössä ennen automatisoituja prosesseja ovat mahdollisia syitä eroihin, samoin kuin solututkimusten luonnollinen vaihtelevuus. Tulevaisuudessa automatisoitu yhdisteiden tehoseulonta voitaisiin suorittaa 3D-soluviljelmillä, joiden valmistelu on tehty automaation avulla. Tämä säästäisi aikaa ja kuluja ja lisäisi korrelaatiota in vitro - ja in vivo - tutkimusten välillä.