Odovtos International Journal of Dental Sciences ISSN Impreso: 1659-1046 ISSN electrónico: 2215-3411

OAI: https://www.revistas.ucr.ac.cr/index.php/Odontos/oai
Cultivos de esferoides 3D y su papel en la regeneración ósea: una revisión sistemática
PDF (English)
HTML (English)
EPUB (English)

Palabras clave

Bone tissue engineering; 3D cell culture; 3D spheroid; Mesenchymal stem cells; 3D culture environment; Bone regeneration.
Ingeniería de tejido óseo; Cultivo celular 3D; Esferoides; Células troncales mesenquimales; Ambientes de cultivos 3D; Regeneración ósea.

Cómo citar

Cuevas-González, M. V., Suaste-Olmos, F., Cuevas-González, J. C., & Álvarez-Pérez, M. A. (2021). Cultivos de esferoides 3D y su papel en la regeneración ósea: una revisión sistemática. Odovtos International Journal of Dental Sciences, 24(1), 44–57. https://doi.org/10.15517/ijds.2022.49151

Resumen

Recientemente, la aplicación del cultivo 3D de esferoides se ha utilizado ampliamente en el tratamiento de defectos óseos. La variedad de metodologías para lograr los cultivos 3D de esferoides ha hecho compleja la comparación de resultados. Por tanto, esta revisión sistemática tiene dos objetivos: (i) realizar un análisis centrado en el papel de los cultivos 3D de esferoides en las estrategias de regeneración ósea; y (ii) abordar los principales desafíos en la aplicación clínica. Se realizó una búsqueda de las siguientes palabras clave "cultivo celular 3D", "esferoide" y "regeneración ósea" en las bases de datos PubMed, Scopus y ScienceDirect y se limitó a los años 2010-2020. Se incluyeron los estudios si su principal objetivo era el comportamiento de agregados celulares para generar las estructuras esferoidales desarrollados por diferentes técnicas de cultivo celular 3D enfocadas a la regeneración del tejido óseo. Para abordar el riesgo de sesgo de los estudios in vitro, se aplicó la herramienta del programa nacional de toxicología de Estados Unidos y se realizaron estadísticas descriptivas de los datos, con el programa SPSS V.22. Se incluyeron un total de 16 estudios, que cumplieron con los criterios establecidos correspondientes a estudios in vitro e in vitro/in vivo; la mayoría de estos estudios utilizaron células troncales para generar los esferoides celulares 3D. Los métodos más utilizados para la formación de los esferoides 3D fueron la superficie de baja adherencia y los métodos de rotación, asimismo, la línea celular de células troncales mesenquimales fueron las más utilizadas debido a su gran potencial regenerativo en el campo de la ingeniería de tejidos óseos. Aunque los avances en la investigación sobre el uso potencial de los cultivos celulares de esferoides 3D en la regeneración ósea han logrado grandes avances, la constante innovación en las metodologías de la generación de esferoides 3D deja claro que la aplicación clínica de estos permanecerá en el futuro como estrategia en la bioimpresión tisular.

https://doi.org/10.15517/ijds.2022.49151
PDF (English)
HTML (English)
EPUB (English)

Citas

Sui B.D., Hu C.H., Liu A.Q., Zheng C.X., Xuan K., Jin Y. Stem cell-based bone regeneration in diseased microenvironments: challenges and solutions. Biomaterials. 2019; 196:18-30.

Kloss F.R., Offermanns V., Kloss-Brandstätter A. Comparison of allogeneic and autogenous bone grafts for augmentation of alveolar ridge defects -a 12-month retrospective radiographic evaluation. Clin Oral Implants Res. 2018; 29 (11): 1163-1175.

Saba I., Jakubowska W., Bolduc S., Chabaud S. Engineering tissues without the use of a synthetic scaffold: a twenty-year history of the self-assembly method. Biomed Res Int. 2018; 2018: 1-13.

Koledova Z. 3D cell culture: an introduction. Methods Mol Biol. 2017; 1612: 1-11.

Sano K., Usui M., Moritani Y., Nakazawa K., Hanatani T., Kondo H., Nakatomi M., Onizuka S., Iwata T., Sato T., Togari A., Ariyoshi W., Nishihara T., Nakashima K. Co-cultured spheroids of human periodontal ligament mesenchymal stem cells and vascular endothelial cells enhance periodontal tissue regeneration. Regen Ther. 2020; 14: 59-71.

Lin Y.J., Lee Y.W., Chang C.W., Huang C.C. 3D Spheroids of Umbilical Cord Blood MSC-Derived Schwann Cells Promote Peripheral Nerve Regeneration. Front Cell Dev Biol. 2020; 8: 604946.

Rooney, A. Extending a Risk-of-Bias Approach to Address In Vitro Studies. in National Toxicology Program Office of Health Assessment and Translation (USA: Environmental Protection Agency (EPA)). 2015.

He D., Wang R.X., Mao J.P., Xiao B., Chen D.F., Tian W. Three-dimensional spheroid culture promotes the stemness maintenance of cranial stem cells by activating PI3K/AKT and suppressing NF-κB pathways. Biochem Biophys Res Commun. 2017; 488 (3): 528-533.

Moritani Y., Usui M., Sano K., Nakazawa K., Hanatani T., Nakatomi M., Iwata T., Sato T., Ariyoshi W., Nishihara T., Nakashima K. Spheroid culture enhances osteogenic potential of periodontal ligament mesenchymal stem cells. J Periodontal Res. 2018; 53 (5): 870-882.

Suenaga H., Furukawa K.S., Suzuki Y., Takato T., Ushida T. Bone regeneration in calvarial defects in a rat model by implantation of human bone marrow-derived mesenchymal stromal cell spheroids. J Mater Sci Mater Med. 2015; 26 (11): 254.

Yamaguchi Y., Ohno J., Sato A., Kido H., Fukushima T. Mesenchymal stem cell spheroids exhibit enhanced in-vitro and in-vivo osteoregenerative potential. BMC Biotechnol. 2014; 14:105.

Imamura A., Kajiya H., Fujisaki S., Maeshiba M., Yanagi T., Kojima H., Ohno J. Corrigendum to "Three-dimensional spheroids of mesenchymal stem/stromal cells promote osteogenesis by activating stemness and Wnt/β-catenin" [Biochem Biophys Res

Commun. 2020 523 (2) 458-464]. Biochem Biophys Res Commun. 2020; 525 (3): 819-820.

Walser R., Metzger W., Görg A., Pohlemann T., Menger M.D., Laschke M.W. Generation of co-culture spheroids as vascularization units for bone tissue engineering. Eur Cells Mater. 2013; 26: 222-233.

Tiaden A.N., Breiden M., Mirsaidi A., Weber F.A., Bahrenberg G., Glanz S., Cinelli P., Ehrmann M., Richards P.J. Human serine protease HTRA1 positively regulates osteogenesis of human bone marrow-derived mesenchymal stem cells and mineralization of differentiating bone-forming cells through the modulation of extracellular matrix protein. Stem Cells. 2012; 30 (10): 2271-2282.

Rumiński S., Kalaszczyńska I., Lewandowska-Szumieł M. Effect of cAMP signaling regulation in osteogenic differentiation of adipose-derived mesenchymal stem cells. Cells. 2020; 9 (7): 1587.

Yamamoto M., Kawashima N., Takashino N., Koizumi Y., Takimoto K., Suzuki N., Saito M., Suda H. Three-dimensional spheroid culture promotes odonto/osteoblastic differentiation of dental pulp cells. Arch Oral Biol. 2014; 59 (3): 310-317.

Kamoya T., Anada T., Shiwaku Y., Takano-Yamamoto T., Suzuki O. An oxygen-permeable spheroid culture chip (Oxy chip) promotes osteoblastic differentiation of mesenchymal stem cells. Sens. Actuators B Chem. 2016; 232: 75-83.

Saiz A.M. Jr., Gionet-Gonzales M.A., Lee M.A., Leach J.K. Conditioning of myoblast secretome using mesenchymal stem/stromal cell spheroids improves bone repair. Bone. 2019; 125: 151-159.

Fu C., Luo D., Yu M., Jiang N., Liu D., He D., Fu Y., Zhang T., Qiao Y., Zhou Y., Liu Y. Embryonic-like mineralized extracellular matrix/stem cell microspheroids as a bone graft substitute. Adv Healthc Mater. 2018; 7 (19): 1800705.

Murphy K.C., Hoch A.I., Harvestine J.N., Zhou D., Leach J.K. Mesenchymal stem cell spheroids retain osteogenic phenotype through α2β1 signaling. Stem Cells Transl Med. 2016; 5 (9): 1229-1237.

Baraniak P.R., McDevitt T.C. Scaffold-free culture of mesenchymal stem cell spheroids in suspension preserves multilineage potential. Cell Tissue Res. 2012; 347 (3): 701-711.

Gurumurthy B., Bierdeman P.C., Janorkar A.V. Spheroid model for functional osteogenic evaluation of human adipose derived stem cells. J Biomed Mater Res - Part A. 2017; 105 (4): 1230-1236.

Rumiński S., Kalaszczyńska I., Długosz A., Lewandowska-Szumieł M. Osteogenic differentiation of human adipose-derived stem cells in 3D conditions - comparison of spheroids and polystyrene scaffolds. Eur Cell Mater. 2019; 37: 382-401.

Ravi M., Paramesh V., Kaviya S.R., Anuradha E., Paul Solomon F.D. 3D cell culture systems: Advantages and applications. J Cell Physiol. 2015; 230 (1): 16-26.

Nath S.C., Horie M., Nagamori E., Kino-Oka M. Size- and time-dependent growth properties of human induced pluripotent stem cells in the culture of single aggregate. J Biosci Bioeng. 2017; 124 (4): 469-475.

Langan L.M., Dodd N.J.F., Owen S.F., Purcell W.M., Jackson S.K., Jha A.N. Correction: Direct measurements of oxygen gradients in spheroid culture system using electron paramagnetic resonance oximetry. PLoS One. 2016; 11 (8): e0149492.

Yanagihara K., Uchida S., Ohba S., Kataoka K., Itaka K. Treatment of bone defects by transplantation of genetically modified mesenchymal stem cell spheroids. Mol Ther Methods Clin Dev. 2018; 9: 358-366.

Chitturi Suryaprakash R.T., Kujan O., Shearston K., Farah C.S. Three-dimensional cell culture models to investigate oral carcinogenesis: a scoping review. Int J Mol Sci. 2020; 21 (24): 9520.

Vinci M., Box C., Eccles S.A. Three-dimensional (3D) tumor spheroid invasion assay. J Vis Exp. 2015; (99): e52686.

Lee S.J., Lee H.A. Trends in the development of human stem cell-based non-animal drug testing models. Korean J Physiol Pharmacol. 2020; 24 (6): 441-452.

Hamilton G., Rath B.. Applicability of tumor spheroids for in vitro chemosensitivity assays. Expert Opin Drug Metab Toxicol. 2019; 15(1): 15-23.

Ong C.S., Fukunishi T., Zhang H., Huang C.Y., Nashed A., Blazeski A., DiSilvestre D., Vricella L., Conte J., Tung L., Tomaselli G.F., Hibino N. Biomaterial-free three-dimensional bioprinting of cardiac tissue using human induced pluripotent stem cell derived cardiomyocytes. Sci Rep. 2017; 7 (1): 4566.

Zubillaga V., Alonso-Varona A., Fernandes S.C.M., Salaberria A.M., Palomares T. Adipose-derived mesenchymal stem cell chondrospheroids cultured in hypoxia and a 3D porous chitosan/chitin nanocrystal scaffold as a platform for cartilage tissue engineering. Int J Mol Sci 2020; 21(3): 1004.

Trohatou O., Roubelakis M.G. Mesenchymal stem/stromal cells in regenerative medicine: past, present, and future. Cell Reprogram. 2017; 19 (4): 217-224.

Melton D. Stemness: definitions, criteria, and standards. In: Essentials of Stem Cell Biology: Third Edition. Elsevier Inc.; 2014.

Lastra M.L., Gómez Ribelles J.L., Cortizo A.M. Design and characterization of microspheres for a 3D mesenchymal stem cell culture. Colloids Surf B Biointerfaces. 2020; 196: 111322.

Xu P., Jiang F., Zhang H., Yin R., Cen L., Zhang W. Calcium carbonate/gelatin methacrylate microspheres for 3D cell culture in bone tissue engineering. Tissue Eng Part C Methods. 2020; 26 (8): 418-432.

Comentarios

Descargas

Los datos de descargas todavía no están disponibles.