Cultivos Celulares: Bidimensionales vs Tridimensionales

Los cultivos bidimensionales pueden generar células que pierden la capacidad de comunicarse naturalmente, modifican su morfología, alteran su metabolismo y reducen su complejidad genética y funcional.

Los cultivos tridimensionales permiten que las células mantengan su arquitectura original, desarrollen interacciones complejas, conserven gradientes de nutrientes similares a tejidos reales y expresen características fenotípicas más cercanas a su estado natural .

En cultivos bidimensionales, las células cancerosas parecen uniformes y predecibles. Sin embargo, en matrices tridimensionales, recrean la heterogeneidad de un tumor real, con diferentes zonas de proliferación, necrosis y respuesta a tratamientos.

Los cultivos tridimensionales son fundamentales para comprender la progresión tumoral en oncología, reducen la necesidad de experimentos con animales en farmacología y permiten el desarrollo de tejidos artificiales en medicina regenerativa.

El objetivo principal de la ingeniería de tejidos es crear tejidos funcionales que puedan reemplazar estructuras dañadas. Se busca regenerar tejidos como el corazón, la piel o el hueso, usando células del propio paciente.

La ingeniería de tejidos combina células con alto potencial de diferenciación, matrices extracelulares que imitan la estructura del tejido y factores de crecimiento para estimular el desarrollo del tejido.

Una técnica para estudiar células en un entorno tridimensional, imitando la complejidad de los tejidos vivos.

Estudia la distribución y concentración de una sustancia (como un fármaco) en el organismo a través del tiempo.

Un cambio fundamental en la forma en que estudiamos la vida celular, imitando el entorno natural.

Un entorno artificial diseñado para imitar las condiciones naturales donde las células interactúan, creando una micro-comunidad tridimensional.

Placas de Petri convencionales donde las células crecen en una sola capa, sin imitar la complejidad tridimensional de los tejidos.

Entorno en el que las células reciben señales químicas, mecánicas y estructurales, regulando su comportamiento y función.

Confinamiento de las células a una superficie plana y rígida, como una placa de Petri, que no refleja la complejidad del entorno natural.

Un conjunto de técnicas que permiten estudiar la estructura tridimensional de las células.

Una técnica que permite observar la estructura tridimensional del tejido preservando su integridad.

Un tipo de cultivo tridimensional que reproduce la estructura de la piel humana.

Células que forman la capa externa de la piel.

Células que se encuentran en la capa interna de la piel (dermis) y producen colágeno.

Una proteína que da fuerza y estructura a la piel.

Células que producen pigmento (melanina) en la piel.

Células del sistema inmunitario que se encuentran en la piel.

La microscopía confocal utiliza un láser para barrer la muestra punto por punto, creando secciones ópticas con alta resolución axial. Esto permite visualizar estructuras subcelulares en muestras gruesas con un detalle superior al de la microscopía tradicional.

La microscopía multifotón utiliza fotones de menor energía que convergen en un punto focal para generar excitación fluorescente. Esto reduce el daño y la toxicidad a la muestra, permitiendo la visualización de estructuras más profundas.

La microscopía multifotón utiliza un láser infrarrojo para excitar la fluorescencia, lo que permite la visualización de células y tejidos en 3D con una mayor penetración que la microscopía confocal.

Los detectores espectrales en los sistemas confocales permiten discriminar entre múltiples fluoróforos, lo que facilita el estudio de la colocalización de diferentes moléculas y el análisis multiparamétrico.

La microscopía avanzada permite la visualización de estructuras celulares tridimensionales con mayor detalle y resolución, lo que es crucial para comprender la complejidad de las células y sus interacciones.

Los sistemas multifotón incorporan detectores no descendentes que maximizan la recolección de fotones emitidos, mejorando la calidad de la imagen y la relación señal-ruido.

Las nuevas técnicas de microscopía permiten la obtención de imágenes 3D de alta calidad, esenciales para estudios biológicos y médicos.

Las técnicas de microscopía 3D permiten estudiar las células y tejidos en su entorno natural, proporcionando una visión más completa de su estructura y función.

La microscopía de hoja de luz (SPIM) es una técnica que utiliza un plano de luz para iluminar la muestra lateralmente. Esto reduce la exposición a la luz y permite la adquisición de imágenes a alta velocidad.

Las técnicas de microscopía de super-resolución como STED 3D y STORM superan el límite de difracción, permitiendo obtener imágenes con resolución nanométrica en las tres dimensiones.

La reconstrucción tridimensional de imágenes microscópicas requiere algoritmos complejos para procesar y analizar los datos. Se corrigen aberraciones ópticas, se normalizan intensidades entre cortes y se utiliza la deconvolución matemática para mejorar la resolución.

Software especializado como Imaris, Volocity y Arivis Vision4D permiten la reconstrucción volumétrica y la segmentación de estructuras celulares en imágenes 3D. Estos programas utilizan algoritmos de machine learning para identificar y rastrear objetos en 4D.

La visualización de imágenes 3D se puede realizar con técnicas de renderizado volumétrico directo o reconstrucción de superficies isométricas. Permite análisis cuantitativos de la morfología, distribución y dinámica celular.

El análisis de datos de imágenes 3D se basa en herramientas estadísticas especializadas para medir volúmenes, analizar formas, cuantificar colocalización en 3D y rastrear objetos en el tiempo.

Los grandes conjuntos de datos generados en la imagenología 3D requieren estrategias de procesamiento en paralelo y almacenamiento distribuido. El desarrollo de pipelines de análisis automatizados, utilizando lenguajes como Python o MATLAB, optimiza el procesamiento.

La integración de metadatos experimentales con los datos de imagen es crucial para mantener la trazabilidad y la reproducibilidad de los experimentos. Se garantiza la transparencia y la calidad científica

La capacidad de un material para cambiar sus propiedades en respuesta a estímulos externos específicos, como la temperatura o la presión.

Modelos tridimensionales de órganos o tejidos que se desarrollan a partir de células en cultivo y se utilizan para estudiar el desarrollo, la enfermedad y la eficacia de los medicamentos.

Implementación de la inteligencia artificial y el aprendizaje automático para optimizar el diseño y la interpretación de datos en la investigación de cultivos tridimensionales.

Integración de tecnologías de edición génica, como CRISPR-Cas9, con cultivos tridimensionales para crear modelos de enfermedades y probar terapias genéticas más preciso.

Una técnica de impresión en 3D que utiliza materiales que pueden cambiar su forma o función con el tiempo en respuesta a estímulos específicos, creando estructuras tisulares dinámicas.

Plataformas que integran多个 organoides, que imitan diferentes órganos, en sistemas microfluídicos interconnectionados, para estudiar cómo los órganos interactúan y cómo los medicamentos afectan al cuerpo.

Las células de un tejido no solo tienen que estar cerca, sino que también se tienen que comunicar y colaborar entre sí. A esto se le llama intercomunicación celular.

Una técnica que permite localizar la expresión de genes dentro de un tejido, proporcionando información sobre la organización de los tejidos y la función de las células.