Three-Dimensional Cell Cultures in Drug Discovery and Development

SLAS Discov. 2017 Jun;22(5):456-472. doi: 10.1177/1087057117696795.

Abstract

The past decades have witnessed significant efforts toward the development of three-dimensional (3D) cell cultures as systems that better mimic in vivo physiology. Today, 3D cell cultures are emerging, not only as a new tool in early drug discovery but also as potential therapeutics to treat disease. In this review, we assess leading 3D cell culture technologies and their impact on drug discovery, including spheroids, organoids, scaffolds, hydrogels, organs-on-chips, and 3D bioprinting. We also discuss the implementation of these technologies in compound identification, screening, and development, ranging from disease modeling to assessment of efficacy and safety profiles.

過去数十年間にわたり、生理機能をin vivo(生体内)でより精密に模倣するシステムとしての三次元(3D)細胞培養の開発に、かなりの労力が注がれてきた。現在、3D細胞培養は新規初期創薬ツールとしてだけでなく、疾患の治療法候補としても頭角を現している。本レビューでは、スフェロイド、オルガノイド、スキャフォールド、ハイドロゲル、臓器チップ(organs-on-chips)、3Dバイオプリンティングといった主な3D細胞培養技術を評価し、創薬への影響を検証する。さらに、疾患モデルから有効性および安全性プロファイル評価まで、こうした技術の化合物同定、スクリーニング、開発での実装についても言及する。

지난 수십 년간 3D 세포 배양을 생체 생리학을 보다 잘 모방하는 시스템으로 발전시키려는 중요한 활동이 전개되어 왔습니다. 오늘날, 3D 세포 배양은 신약 조기 개발을 위한 새로운 도구일 뿐 아니라 질병을 치료하는 잠재적 치료법으로 떠오르고 있습니다. 이 검토에서 본 학회는 선도적인 3D 세포 배양 기술을 평가하고 회전타원체, 오르가노이드, 비계, 히드로겔, 바이오 장기 칩, 3D 바이오프린팅(bioprinting)을 포함해 신약 개발에 영향을 주고 있습니다. 본 학회는 또한 질병 모델링에서부터 효능 및 안전성 측면에 이르기까지 복합체 판별, 검사 및 개발에서 이러한 기술을 구현하는 내용에 대해 논의합니다.

过去几十年里,我们对开发三维 (3D) 细胞培养作为更好模拟体内生理学的系统方面付出了巨大的努力。如今,3D 细胞培养不断涌现,不仅作为早期药物发现的新工具,还作为治疗疾病的潜在疗法。在本文中,我们评估了领先的 3D 细胞培养技术及其对药物发现(包括球体、类器官、支架、水凝胶、器官芯片和 3D 生物打印)的影响。我们还探讨了这些技术在化合物鉴定、筛选和开发中的应用,其范围从疾病建模到功效和安全性评估。

過去幾十年裡,我們對開發三維 (3D) 細胞培養作為更好模擬體內生理學之系統方面付出了巨大的努力。如今,3D 細胞培養不斷湧現,不僅用作早期藥物發現的新工具,還作為治療疾病的潛在療法。本文中,我們評估了領先的 3D 細胞培養技術及其對藥物發現(包括球體、類器官、支架、水凝膠、器官晶片和 3D 生物列印)的影響。我們還探討了該等技術在化合物鑒定、篩選和開發中的運用,其範圍從疾病建模到功效和安全性評估。

Keywords: 3D bioprinting; 3D cell culture; disease models; efficacy; multicellular spheroid; organoids; organs-on-chips; safety; screening; toxicity.

Publication types

  • Review

MeSH terms

  • Animals
  • Cell Culture Techniques / methods*
  • Drug Discovery / methods*
  • Drug Screening Assays, Antitumor / methods
  • Humans