سامانه‌های سه‌بعدی کشت سلولی در زیست‌پزشکی نوین: مروری بر اسفروئیدها، ارگانوئیدها، بیوپرینتینگ و اندام روی تراشه

نوع مقاله : مروری

نویسنده

دانشگاه تبریز

چکیده
تحولات فناورانه در کشت سلولی سه‌بعدی، رویکردهای پژوهشی و کاربردی در زیست‌پزشکی را به‌طور بنیادین متحول کرده است. برخلاف مدل‌های سنتی دو‌بعدی (2D) که قادر به بازنمایی معماری فضایی، گرادیان‌های زیستی و تعاملات پیچیده سلولی نیستند، سامانه‌های سه‌بعدی کشت سلولی ریزمحیط طبیعی سلول‌ها، تعاملات سلول–ماتریکس و پویایی‌های فیزیولوژیک را با دقت بالاتری بازسازی می‌کنند و در پیامدهایی نظیر تمایز، بیان ژن و پاسخ دارویی برتری معناداری نشان می‌دهند. در میان این سامانه‌ها، اسفروئیدها به‌عنوان ساختارهایی نسبتاً ساده و همگن، ابزارهایی کارآمد برای غربالگری دارویی و مطالعات تومورشناسی محسوب می‌شوند، در حالی‌که ارگانوئیدها، که از سلول‌های بنیادی تمایز‌یافته مشتق می‌شوند، توانایی بازسازی ساختار و عملکرد اندام‌های انسانی را با پیچیدگی عملکردی بالاتری دارا هستند. افزون بر این، پلتفرم‌های نوینی مانند بیوپرینتینگ سه‌بعدی و اندام-روی-تراشه (Organ-on-a-Chip) امکان مهندسی دقیق معماری بافت، کنترل ریزمحیط و بازتولید شرایط فیزیولوژیک دینامیک را در شرایط آزمایشگاهی فراهم کرده‌اند. هدف این مقاله مروری، ارائه تحلیلی جامع از کلاس‌های اصلی سامانه‌های سه‌بعدی کشت سلولی، مقایسه مزایا و محدودیت‌های آن‌ها، و بررسی پیشرفت‌های کلیدی در بیوپرینتینگ سه‌بعدی و اندام-روی-تراشه با تمرکز بر مهندسی جوهرهای زیستی، واسکولاریزاسیون عملکردی و بلوغ بافتی است. این مرور با ارائه یک چارچوب تحلیلی یکپارچه، جایگاه کنونی فناوری‌های سه‌بعدی را تبیین کرده و مسیر حرکت از مدل‌های ساده آزمایشگاهی به سامانه‌های پیشرفته‌تر مدل‌سازی بافت انسانی را روشن می‌سازد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله English

Three-Dimensional Cell Culture Systems in Modern Biomedicine: A Review of Spheroids, Organoids, Bioprinting, and Organ-on-a-Chip Technologies

نویسنده English

abolfazl barzegar
University of Tabriz
چکیده English

Technological advances in three-dimensional (3D) cell culture have reshaped both basic research and translational applications in biomedicine. Unlike conventional two-dimensional (2D) systems, which cannot reproduce tissue architecture, biochemical gradients, or complex cell–cell and cell–matrix interactions, 3D platforms better recapitulate the native microenvironment and physiological dynamics that drive differentiation, gene expression, and drug responses. Within this family of models, spheroids—relatively simple, homogeneous multicellular aggregates—serve as practical and cost-effective tools for drug screening and cancer biology, whereas organoids derived from differentiated stem cells capture higher-order organotypic structure and function, making them especially valuable for disease modeling and precision medicine. Emerging technologies such as 3D bioprinting and organ-on-a-chip systems extend these capabilities by enabling precise architectural control, programmable microenvironments, and dynamic physiological cues under in vitro conditions. This review provides a critical, integrated analysis of principal 3D culture classes, compares their strengths and limitations, and examines recent progress in 3D bioprinting and organ-on-a-chip technologies with particular emphasis on bioink engineering, functional vascularization, and strategies to promote tissue maturation. By synthesizing current evidence, we outline a practical framework to guide the translation from simple laboratory constructs toward robust, human-relevant tissue models for research and therapeutic development.

کلیدواژه‌ها English

3D Cell Culture
Spheroids
Organoids
Tissue Engineering
Personalized Medicine
Organ-on-a-Chip
3D Bioprinting

  • تاریخ دریافت 24 تیر 1404
  • تاریخ پذیرش 06 اردیبهشت 1405
  • تاریخ انتشار 01 اردیبهشت 1405