Biopolym. Cell. 2026; 42(2):100-109.
https://doi.org/10.7124/bc.000B3E
Молекулярна та клітинна біотехнології
Вплив стадії онтогенетичного розвитку на формування та властивості сфероїдів нервових клітин щурів
1Сукач О. М., 1Майорова О. Р., 1Оченашко О. В., 1Всеволодська С. В.
  1. Інститут проблем кріобіології і кріомедицини НАН України
    вул. Переяславська, 23, Харків, Україна, 61016

Abstract

Мета. Порівняти ефективність формування та морфометричні, механічні й морфофункціональні властивості нейральних сфероїдів, отриманих із клітин головного мозку ембріонів щурів 15-ї доби гестації (E15) та неонатальних щурів (Р0). Методи. Нейральні клітини ізолювали методом механіко-ферментативної дисоціації та формували сфероїди методом висячої краплі. Оцінювали ефективність сфероїдоутворення, діаметр, сферичність, механічну стійкість і поведінку клітин після перенесення сфероїдів на адгезивний субстрат. Результати. Клітини ембріонального мозку демонстрували вищу ефективність сфероїдоутворення та формували сфероїди з більшим діаметром, вищою сферичністю, меншою варіабельністю розмірів і кращою механічною стійкістю порівняно з неонатальними. Після прикріплення сфероїди E15 швидко дезінтегрували з інтенсивною радіальною міграцією клітин і формуванням конфлюентного шару з ознаками нейрональної та гліальної диференціації, тоді як неонатальні сфероїди зберігали компактну 3D-структуру та формували стабільні нейрональні мережі. Висновки. Онтогенетична стадія нейральних клітин суттєво впливає на самоорганізацію, механічну стабільність і морфофункціональну поведінку нейральних сфероїдів, що є критичним для вибору клітинного джерела у 3D-моделях нервової тканини.
Keywords: нейральні клітини, сфероїди, 3D-культивування, онтогенез, висяча крапля, морфофункціональні властивості
Повний текст: (PDF, англійською)

References

[1] Edmondson R, Broglie JJ, Adcock AF, Yang L. Three-dimensional cell culture systems and their applications in drug discovery and cell-based biosensors. Assay Drug Dev Technol. 2014; 12(4):207-18.
[2] Knight E, Przyborski S. Advances in 3D cell culture technologies enabling tissue-like structures to be created in vitro. J Anat. 2015; 227(6):746-56.
[3] Antoni D, Burckel H, Josset E, Noel G. Three-dimensional cell culture: a breakthrough in vivo. Int J Mol Sci. 2015; 16(3):5517-27.
[4] Sukach OM, Shevchenko MV. Three-dimensional cell cultivation systems. Biopolym Cell. 2020; 36(3):182-96.
[5] Louit A, Galbraith T, Berthod F. In vitro 3D modeling of neurodegenerative diseases. Bioengineering (Basel). 2023; 10(1):93.
[6] Paşca AM, Sloan SA, Clarke LE, Tian Y, Makinson CD, Huber N, Kim CH, Park JY, O'Rourke NA, Nguyen KD, Smith SJ, Huguenard JR, Geschwind DH, Barres BA, Paşca SP. Functional cortical neurons and astrocytes from human pluripotent stem cells in 3D culture. Nat Methods. 2015; 12(7):671-8.
[7] Lecuit T, Lenne PF. Cell surface mechanics and the control of cell shape, tissue patterns and morphogenesis. Nat Rev Mol Cell Biol. 2007; 8(8):633-44.
[8] Ohguro H, Watanabe M, Sato T, Nishikiori N, Umetsu A, Higashide M, Yano T, Suzuki H, Miyazaki A, Takada K, Uhara H, Furuhashi M, Hikage F. Application of Single Cell Type-Derived Spheroids Generated by Using a Hanging Drop Culture Technique in Various In Vitro Disease Models: A Narrow Review. Cells. 2024; 13(18):1549.
[9] Kelm JM, Timmins NE, Abbott CJ, Fussenegger M. Method for generation of homogeneous multicellular tumor spheroids via the hanging drop technique. Biotechnol Bioeng. 2003; 83(2):173-80.
[10] Metzger W, Rother S, Pohlemann T, Möller S, Schnabelrauch M, Hintze V, Scharnweber D. Evaluation of cell-surface interaction using a 3D spheroid cell culture model on artificial extracellular matrices. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. 2017; 73:310-18.
[11] Altman J, Bayer SA. Development of the brain stem in the rat. I. Thymidine-radiographic study of the time of origin of neurons of the lower medulla. J Comp Neurol. 1980; 194(1):1-35.
[12] Semple BD, Blomgren K, Gimlin K, Ferriero DM, Noble-Haeusslein LJ. Brain development in rodents and humans: Identifying benchmarks of maturation and vulnerability to injury across species. Prog Neurobiol. 2013; 106-107:1-16.
[13] Sukach AN, Shevchenko MV, Liashenko TD. Comparative study on influence of fetal bovine serum and serum of adult rat on cultivation of newborn rat neural cells. Biopolym Cell. 2014; 30(5):394-9.
[14] Petrenko AYu, Sukach AN. Isolation of intact mitochondria and hepatocytes using vibration. Anal Biochem. 1991; 194(2):326-9.
[15] Foty R. A simple hanging drop cell culture protocol for generation of 3D spheroids. J Vis Exp. 2011; (51):2720.
[16] Sukach O, Maiorova O. Use of methods for determining cell viability in cryobiological research. Probl Cryobiol Cryomed. 2026; 35(4):181-95.
[17] Vsevolodska SO. Features of spheroid formation by neural cells of newborn rats in drops. Bull Probl Biol Med. 2025; 3(178):97-106.
[18] Sun T, Wang XJ, Xie SS, Zhang DL, Wang XP, Li BQ, Ma W, Xin H. A comparison of proliferative capacity and passaging potential between neural stem and progenitor cells in adherent and neurosphere cultures. Int J Dev Neurosci. 2011; 29(7):723-31.
[19] Solozobova V, Wyvekens N, Pruszak J. Lessons from the embryonic neural stem cell niche for neural lineage differentiation of pluripotent stem cells. Stem Cell Rev Rep. 2012; 8(3):813-29.
[20] Ladiwala U, Basu H, Mathur D. Assembling neurospheres: dynamics of neural progenitor/stem cell aggregation probed using an optical trap. PLoS One. 2012; 7(6):e38613.
[21] Kapr J, Petersilie L, Distler T, Lauria I, Bendt F, Sauter CM, Boccaccini AR, Rose CR, Fritsche E. Human Induced Pluripotent Stem Cell-Derived Neural Progenitor Cells Produce Distinct Neural 3D In Vitro Models Depending on Alginate/Gellan Gum/Laminin Hydrogel Blend Properties. Adv Healthc Mater. 2021; 10(16):e2100131.
[22] D'Antoni C, Mautone L, Sanchini C, Tondo L, Grassmann G, Cidonio G, Bezzi P, Cordella F, Di Angelantonio S. Unlocking Neural Function with 3D In Vitro Models: A Technical Review of Self-Assembled, Guided, and Bioprinted Brain Organoids and Their Applications in the Study of Neurodevelopmental and Neurodegenerative Disorders. Int J Mol Sci. 2023; 24(13):10762.
[23] Dingle YT, Boutin ME, Chirila AM, Livi LL, Labriola NR, Jakubek LM, Morgan JR, Darling EM, Kauer JA, Hoffman-Kim D. Three-Dimensional Neural Spheroid Culture: An In Vitro Model for Cortical Studies. Tissue Eng Part C Methods. 2015; 21(12):1274-83.
[24] Boutin ME, Hoffman-Kim D. A three-dimensional neural spheroid model for capillary-like network formation. Neurotoxicol Teratol. 2018; 65:41-52.
[25] Takeichi M. The cadherin superfamily in neuronal connections and interactions. Nat Rev Neurosci. 2007; 8(1):11-20.
[26] Franze K, Guck J. The biophysics of neuronal growth. Rep Prog Phys. 2010; 73(9):094601.