Résumé
Abstract Recently, the 3D spheroid cell culture application has been extensively used in the treatment of bone defects. A wide variety of methodologies have been used, which has made the comparison of results complex. Therefore, this systematic review has two aims: (i) to perform an analysis focused on the role of 3D spheroid cell culture in bone regeneration strategies; and (ii) address the main challenges in clinical application. A search of the following keywords "3D cell culture", "spheroid", and "bone regeneration" was carried out in the PubMed, Scopus, and ScienceDirect databases and limited to the years 2010-2020. Studies were included if their primary objective was the behavior of cell aggregates to formed spheroids structures by different 3D cell culture techniques focused on the regeneration of bone tissue. To address the risk of bias for in vitro studies, the United States national toxicology program tool was applied, and descriptive statistics of the data were performed, with the SPSS V.22 program. A total of 16 studies were included, which met the established criteria corresponding to in vitro and in vitro/in vivo studies; most of these studies used stem cells for the 3D cell spheroids. The most often methods used for the 3D formation were low adherence surface and rotational methods, moreover, mesenchymal stem cells were the cell line most frequently used because of their regenerative potential in the field of bone tissue engineering. Although the advances in research on the potential use of 3D spheroids in bone regeneration have made great strides, the constant innovation in cell spheroid formation methodologies means that clinical application remains in the future as strategy for 3D tissue bioprinting.
Resumen Recientemente, la aplicación del cultivo 3D de esferoides se ha utilizado ampliamente en el tratamiento de defectos óseos. La variedad de metodologías para lograr los cultivos 3D de esferoides ha hecho compleja la comparación de resultados. Por tanto, esta revisión sistemática tiene dos objetivos: (i) realizar un análisis centrado en el papel de los cultivos 3D de esferoides en las estrategias de regeneración ósea; y (ii) abordar los principales desafíos en la aplicación clínica. Se realizó una búsqueda de las siguientes palabras clave "cultivo celular 3D", "esferoide" y "regeneración ósea" en las bases de datos PubMed, Scopus y ScienceDirect y se limitó a los años 2010-2020. Se incluyeron los estudios si su principal objetivo era el comportamiento de agregados celulares para generar las estructuras esferoidales desarrollados por diferentes técnicas de cultivo celular 3D enfocadas a la regeneración del tejido óseo. Para abordar el riesgo de sesgo de los estudios in vitro, se aplicó la herramienta del programa nacional de toxicología de Estados Unidos y se realizaron estadísticas descriptivas de los datos, con el programa SPSS V.22. Se incluyeron un total de 16 estudios, que cumplieron con los criterios establecidos correspondientes a estudios in vitro e in vitro/in vivo; la mayoría de estos estudios utilizaron células troncales para generar los esferoides celulares 3D. Los métodos más utilizados para la formación de los esferoides 3D fueron la superficie de baja adherencia y los métodos de rotación, asimismo, la línea celular de células troncales mesenquimales fueron las más utilizadas debido a su gran potencial regenerativo en el campo de la ingeniería de tejidos óseos. Aunque los avances en la investigación sobre el uso potencial de los cultivos celulares de esferoides 3D en la regeneración ósea han logrado grandes avances, la constante innovación en las metodologías de la generación de esferoides 3D deja claro que la aplicación clínica de estos permanecerá en el futuro como estrategia en la bioimpresión tisular.
Sujets)
Régénération osseuse , Ingénierie tissulaire , Sphéroïdes de cellulesRésumé
Hematoma, inflamación, angiogénesis y osteogénesis son distintas etapas que se superponen durante el proceso de reparación de una fractura ósea. Durante las primeras etapas se liberan distintos factores de crecimiento quimioatractantes que producen el reclutamiento de diversas células para generar la formación de un hueso funcional con su respectiva vasculatura. Debido a la importancia que posee la angiogénesis en el desarrollo de una adecuada red vascular, tanto para la formación ósea como en su reparación, en los últimos años los especialistas en ingeniería de tejido óseo han estudiado la manera de fomentar tanto la osteogénesis como la angiogénesis durante la reparación ósea. En este trabajo de revisión, se recopilan y discuten los principales conceptos sobre distintas estrategias a fin de lograr un implante sintético con funcionalidad dual promoviendo los procesos que garanticen la angiogénesis y la osteogénesis en forma acoplada utilizando distintos tipos de scaffolds y sistemas de liberación de drogas osteoinductoras y angioinductoras. La liberación dual de factores osteoinductores y angioinductores debe producirse en forma témporo-espacial controlada para garantizar los efectos deseados sin producir efectos adversos como tumores o hueso ectópico. Se deben tener en cuenta varios factores como el tipo y la arquitectura de hueso, tipo de daño, edad, sexo y condiciones patológicas del paciente. En cuanto a los materiales se debe considerar el tipo de material para usar como scaffold, los factores inductores seleccionados, su combinación y sistemas de liberación. El avance en estos estudios hará que la Ingeniería de Tejido Óseo sea una alternativa terapéutica en el futuro. (AU)
Hematoma, inflammation, angiogenesis, and osteogenesis are different stages that overlap during the healing process of a bone fracture. During the first stages, different chemoattractant growth factors are released which produce the recruitment of various cells that will induce the formation of a functional bone with its respective vasculature. Due to the importance of angiogenesis for the development of an adequate vascular network in both bone formation and repair, in recent years specialists in bone tissue engineering have studied how to promote both osteogenesis and angiogenesis during bone repair. In this review, the main concepts on different strategies developed to achieve a synthetic implant with dual functionality, promoting processes that guarantee angiogenesis and osteogenesis in a coupled way using different types of scaffolds and osteo-drug delivery systems and angioinductors, are collected and discussed. The dual release for osteoinductive and angioinductive factors must ensure the release of them in a controlled time-space manner to guarantee the desired effects without producing adverse effects such as tumors or ectopic bone. Several factors must be taken into account, such as bone type and architecture, type of damage to be repaired, age, sex, and pathological conditions of the patient. Regarding the materials, the type of material to be used as scaffolds, selected inducing factors and drug release system must be considered. Advances in these studies will make Bone Tissue Engineering a therapeutic alternative in the future. (AU)