As a rule, traditional methods of cell cultivation in vitro using monolayer cell lines (2D cultivation) are unable to simulate the structural organization of a three-dimensional (3D) cell network in vivo and are insufficient for modeling living tissues to study intercellular signaling, proliferation, differentiation, gene and protein expression, reactions to various stimuli and drug metabolism. Using 2D cultivation, it is impossible to adequately reproduce a virus-host cell interaction and disease pathogenesis at the level of individual tissues. The technological platform for obtaining the most reliable results is 3D cell cultivation. Based on the analysis of scientific literature contained in the main databases (Web of Science, PubMed, Scopus, Elsevier, Google Scholar and RSCI), our review provides a brief description of various types of 3D cultures, as well as methods for their production and viability maintenance. The modern prospects of their use in virological research are discussed. The main aspects for application of 3D-cultures are analyzed: isolation, cultivation and study of mechanisms for virus reproduction, virus-host interaction, the study of immunopathogenesis and epidemiological prognosis of viral infections. The possibilities of 3D cultures for production and testing of vaccines, antiviral drugs, and, generally, for choosing a treatment strategy of viral infections are analyzed. In addition to the advantages and prospects of using 3D-cell cultures in virology, their disadvantages are also assessed. Special attention is devoted to such ex vivo 3D systems, as organoids and “organ-on-a-chip”, which largely meet the requirements of laboratory models in virological research. The hallmark characteristics of organoids is imitation of tissue organization, functionality and genetic specificity in a specific tissue or part of an organ. This approach allows to markedly increase model sensitivity for virus isolation. The review analyzes the data from numerous studies concerning the use of organoids to examine human and animal viruses, which display affinity for certain tissues and the data on assessing the features of immunopathogenesis behind respiratory viral infections.
Традиционные методы культивирования клеток in vitro, использующие, как правило, монослойные клеточные линии, которые разрастаются на поверхности подложки (2D-культивирование), не способны имитировать структурную организацию трехмерной (3D) клеточной сети in vivo и недостаточны для моделирования живых тканей с целью изучения межклеточной сигнализации, пролиферации, дифференцировки, экспрессии генов и белков, реакции на различные стимулы и метаболизм лекарств. С помощью 2D-культивирования невозможно адекватно воспроизвести взаимодействие вируса с клетками хозяина и патогенез заболевания на уровне отдельных тканей — технологической платформой для получения наиболее надежных и реалистичных результатов в этой области является 3D-культивирование клеток. На основе анализа научной литературы, содержащейся в основных базах данных (Web of Science, PubMed, Scopus, Elsevier, Google Scholar и РИНЦ), в настоящем обзоре дана краткая характеристика различных видов и типов 3D клеточных культур, а также методов их получения и поддержания жизнеспособности. Рассмотрены современные возможности и перспективы их использования в вирусологических исследованиях. Обсуждаются основные аспекты применения 3D клеточных линий: выделение, культивирование, изучение механизмов репродукции вирусов человека и животных, взаимодействия вируса с организмом хозяина и иммунопатогенеза. Анализируются возможности использования 3D культур для производства и тестирования вакцин, а также для разработки и тестирования противовирусных лекарственных препаратов и в целом для выбора стратегии лечения вирусных инфекций. Помимо преимуществ и перспектив использования 3D клеточных культур в вирусологии, отражены и их недостатки. Особое внимание в обзоре отведено таким 3D системам ex vivo, как органоиды и «орган-на-чипе», которые в значительной степени соответствуют требованиям лабораторных моделей в вирусологических исследованиях и существенно расширяют возможности исследований на новом уровне, промежуточном между клеточной и органной культурой. Основной характеристикой органоидов является имитация тканевой организации, функциональности и генетической специфичности конкретной ткани или части органа. Такой подход, в частности, позволяет существенно повысить чувствительность модели для изоляции вируса. В обзоре проанализированы данные многочисленных исследований, касающихся применения органоидов для изучения вирусов человека и животных, которые проявляют сродство к определенным тканям, и в частности — результаты изучения на этих моделях особенностей иммунопатогенеза респираторных вирусных инфекций.