Metody 3D kultivace buněk

Tomáš Luža

Bachelor's thesis

Methods for 3D cell culture

Anotácia:

3D kultivace buněk umožňuje buňkám růst všemi směry, a tím lépe napodobuje in vivo fyziologické systémy v in vitro podmínkách. Tato bakalářská práce se zabývá popisem 3D kultur, jejich historií a využitím, a dále porovnává klasické 2D přístupy kultivace s moderními 3D metodami. Následně jsou představeny metody 3D kultivace buněk, mezi které patří scaffoldové metody využívající oporu (scaffold) pro růst buněk (například pevné scaffoldy a hydrogely), a dále bezscaffoldové metody, které pro růst buněk scaffold nevyžadují (sféroidy a organoidy). Pokročilými technikami jsou pak mikrofluidní systémy, zejména orgány na čipu (OoC), které přesnými dávkami různých látek a živin dokáží pomocí systému mikrokanálků kontrolovat mikroprostředí buněk. Další metodou je 3D biotisk, který umožňuje přesné vrstvení buněk vrstvu po vrstvě, čímž dokáže formovat tkáně nebo orgánové struktury. V poslední části práce je navržena metodika pro 3D kultivaci buněk imunitního systému, konkrétně u epitelových buněk mléčné žlázy skotu pomocí organoidů. Tento model by mohl sloužit pro studium buněčných interakcí s imunitními buňkami a zároveň k lepšímu pochopení vzniku mastitid, které jsou důsledkem bakteriálních infekcí způsobených patogeny jako Streptococcus uberis, Staphylococcus aureus či Escherichia coli.

Abstract:

3D cell culture methods enable cells to grow in all directions, thus better mimicking in vivo physiological systems under in vitro conditions. This bachelor thesis focuses on the description of 3D cultures, their history and applications, and compares traditional 2D cultivation methods with modern 3D approaches. Subsequently, various 3D cell culture techniques are introduced, including scaffold-based methods that provide structural support for cell growth (such as solid scaffolds and hydrogels), and scaffold-free methods that do not require such support (spheroids and organoids). Advanced techniques include microfluidic systems, particularly organ-on-a-chip (OoC) platforms, which control the cellular microenvironment through precise delivery of nutrients and substances via microchannels. Another method is 3D bioprinting, which allows accurate layer-by-layer deposition of cells to form tissue or organ-like structures. In the final part of the thesis, a methodology is proposed for 3D cultivation of immune-related cells, specifically bovine mammary gland epithelial cells, using organoids. This model could be used to study cellular interactions with immune cells to improve the understanding of mastitis development, which results from bacterial infections caused by pathogens such as Streptococcus uberis, Staphylococcus aureus, or Escherichia coli.

Kľúčové slová

3D kultivace, scaffold, sféroid, orgány na čipu, 3D biotisk, epitelové buňky, mléčná žláza, hydrogel, organoid

Keywords

organoid, spheroid, epithelial cells, mammary gland, 3D culture, scaffold, hydrogel, organ-on-a-chip, 3D bioprinting

Jazyk práce: Czech

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 2. 5. 2025

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 10. 6. 2025
• Vedúci: doc. Ing. Petr Sláma, Ph.D.
• Oponent: Roman Konečný, externi

Mendel University in Brno

Faculty of AgriSciences

Bachelor programme:
Molecular Biology and Biotechnology