Ląstelių kultūra labai priklauso nuo sąlygų. Jie skiriasi kiekvienam ląstelių tipui, tačiau dažniausiai susideda iš tinkamo indo su substratu arba terpe, kuri aprūpina reikiamomis maistinėmis medžiagomis (aminorūgštimis, angliavandeniais, vitaminais, mineralais), augimo faktoriais, hormonais ir dujomis (CO2, O2) ir reguliuoja fizinę būklę. -cheminė aplinka (buferio pH, osmosinis slėgis, temperatūra). Daugumai ląstelių reikalingas paviršinis arba dirbtinis substratas (lipni arba vienasluoksnė kultūra), o kitos gali būti laisvai dauginamos auginimo terpėje (suspensijos kultūra). Daugumos ląstelių gyvenimo trukmė yra nulemta genetiškai, tačiau kai kurios ląstelių kultūros buvo paverstos nemirtingomis ląstelėmis, kurios, jei bus sukurtos optimalios sąlygos, dauginsis neribotą laiką.
Apibrėžimas
Sapibrėžimas čia yra gana paprastas. Praktikoje terminas „ląstelių kultūra“dabar reiškia ląstelių, gautų iš daugialąsčių eukariotų, ypač gyvūnų ląstelių, auginimą, priešingai nei kitų rūšių kultūros. Istorinė raida ir kultūros metodai yra glaudžiai susiję su audinių kultūra ir organų kultūra. Virusų kultūra taip pat siejama su ląstelėmis kaip virusų šeimininkais.
Istorija
Laboratoriniai metodai, skirti ląstelėms, atskirtoms nuo pirminio audinio š altinio, gauti ir kultivuoti XX amžiaus viduryje tapo patikimesnės. Pagrindinius laimėjimus šioje srityje padarė Jeilio universiteto mokslininkai.
Šimtmečio vidurio proveržis
Iš pradžių ląstelių gavimas ir kultivavimas buvo praktikuojamas siekiant rasti panacėją nuo daugelio pavojingų virusų. Nemažai tyrėjų išsiaiškino, kad daugelis virusų padermių gali saugiai gyventi, klestėti ir daugintis ant dirbtinai išaugintų gyvūnų ląstelių ar net ištisų organų, kurie yra autonomiškai laikomi specialiose kolbose. Paprastai tokiems tyrimams naudojamos gyvūnų organų ląstelės, kurios yra kuo arčiau žmogaus – pavyzdžiui, aukštesniųjų primatų, tokių kaip šimpanzės. Visi šie atradimai buvo padaryti XX amžiaus ketvirtajame dešimtmetyje, kai eksperimentai su žmonėmis buvo svarbiausi dėl tam tikrų priežasčių.
Metodika
Ląstelės gali būti išskirtos iš audinių ex vivo kultūrai atlikti keliais būdais. Jie gali būti lengvai išvalyti nuo kraujo, tačiau tik b altosios ląstelės gali augti kultūroje. Ląstelės galiprieš maišant audinį, kad ląstelės išsiskirtų į suspensiją, išskirtos iš kietų audinių, virškinant tarpląstelinę matricą, naudojant fermentus, tokius kaip kolagenazė, tripsinas arba pronazė. Arba audinių gabaliukai gali būti dedami į auginimo terpę, o augančias ląsteles galima naudoti kultivavimui. Šis metodas žinomas kaip eksplantato kultūra.
Ląstelės, kurios kultivuojamos tiesiogiai iš tiriamojo, yra žinomos kaip pirminės ląstelės. Išskyrus kai kurias iš navikų gautas kultūras, daugumos pirminių ląstelių kultūrų gyvenimo trukmė yra ribota.
Nemirtingieji ir kamieninės ląstelės
Nustatoma arba įamžinta ląstelių linija įgijo gebėjimą daugintis neribotą laiką dėl atsitiktinės mutacijos arba tyčinio modifikavimo, pvz., dirbtinės telomerazės geno ekspresijos. Daugelis ląstelių linijų yra gerai žinomos kaip tipiniai ląstelių tipai.
Masinė gyvūnų ląstelių linijų kultūra yra labai svarbi virusinių vakcinų ir kitų biotechnologinių produktų gamybai. Žmogaus kamieninių ląstelių kultūra naudojama siekiant išplėsti jų skaičių ir diferencijuoti ląsteles į skirtingus transplantacijai tinkamus tipus. Žmogaus (kamieninių) ląstelių kultūra taip pat naudojama kamieninių ląstelių išleistoms molekulėms ir egzosomoms rinkti gydymo tikslais.
Ryšys su genetika
Biologiniai produktai, pagaminti naudojant rekombinantinės DNR (rDNR) technologiją gyvūnų kultūrose, apimafermentai, sintetiniai hormonai, imunobiologiniai (monokloniniai antikūnai, interleukinai, limfokinai) ir priešvėžinės medžiagos. Nors daug paprastesnių b altymų galima pagaminti naudojant rDNR bakterijų kultūrose, sudėtingesni b altymai, kurie yra glikozilinti (modifikuoti angliavandeniais), šiuo metu turi būti gaminami gyvūnų ląstelėse.
Svarbus tokio sudėtingo b altymo pavyzdys yra hormonas eritropoetinas. Žinduolių ląstelių kultūrų auginimo išlaidos yra didelės, todėl atliekami tyrimai, siekiant sukurti tokius sudėtingus b altymus vabzdžių ląstelėse arba aukštesniuose augaluose. Vienas iš jo taikymo būdų yra pavienių embrioninių ląstelių ir somatinių embrionų naudojimas kaip tiesioginio genų perdavimo š altinis bombarduojant daleles, ekspresuojant trumpalaikius genus ir atliekant konfokalinę mikroskopiją. Augalų ląstelių kultūra yra labiausiai paplitusi šios praktikos forma.
Audinių kultūros
Audinių kultūra – tai nuo organizmo atskirtų audinių arba ląstelių kultivavimas. Šis procesas paprastai palengvinamas naudojant skystą, pusiau kietą arba kietą auginimo terpę, tokią kaip sultinys arba agaras. Audinių kultūra paprastai reiškia gyvūnų ląstelių ir audinių kultūrą, o konkretesnis terminas vartojamas augalams, augalų ląstelėms ir audinių kultūrai. Terminą „audinių kultūra“sugalvojo amerikiečių patologas Montrose'as Thomas Burroughsas.
Audinių kultūros istorija
1885 m. Wilhelmas Roux pašalino dalį smegenųvištienos vaisiaus lėkštes ir keletą dienų palaikė šiltame druskos tirpale, nustatant pagrindinį audinių kultūros principą. 1907 m. zoologas Rossas Granville'is Harrisonas pademonstravo embrioninių varlių ląstelių augimą, dėl kurio krešėjusioje limfoje atsiranda nervinių ląstelių. 1913 metais E. Steinhardt, C. Israel ir R. A. Lambert kultivavo vakcinijos virusą jūrų kiaulytės rago audinio fragmentuose. Tai jau buvo kažkas daug pažangesnio nei augalų ląstelių kultūra.
Iš praeities į ateitį
Gotliebas Haberlandtas pirmasis atkreipė dėmesį į galimybę kultivuoti izoliuotus augalų audinius. Jis pasiūlė, kad šiuo metodu būtų galima nustatyti atskirų ląstelių galimybes per audinių kultūrą, taip pat abipusę audinių įtaką vieni kitiems. Kai buvo suvokiami pirminiai Haberlando teiginiai, audinių ir ląstelių kultūros metodai buvo pradėti aktyviai taikyti, todėl buvo atrasti nauji atradimai biologijoje ir medicinoje. Jo pirminė idėja, pristatyta 1902 m., buvo pavadinta totipotencialumu: „Teoriškai visos augalų ląstelės yra pajėgios išauginti vientisą augalą“. Tuo metu ląstelių kultūrų auginimas smarkiai pažengė į priekį.
Šiuolaikine prasme audinių kultūra paprastai reiškia ląstelių augimą iš daugialąsčio organizmo audinio in vitro. Ląstelių kultūros sąlygos šiuo atveju nėra labai svarbios. Šios ląstelės gali būti išskirtos iš donoro organizmo, pirminių ląstelių arba įamžintos ląstelių linijos. Ląstelės plaunamosauginimo terpė, kurioje yra jų išlikimui būtinų maistinių medžiagų ir energijos š altinių. Terminas „audinių kultūra“dažnai vartojamas pakaitomis su ląstelių kultūra.
Programa
Pažodinė audinių kultūros reikšmė reiškia audinių gabalėlių auginimą, t. y. eksplantato kultūrą.
Audinių kultūra yra svarbi priemonė tiriant daugialąsčių organizmų ląstelių biologiją. Tai suteikia in vitro audinių modelį tiksliai apibrėžtoje aplinkoje, kurį galima lengvai manipuliuoti ir analizuoti.
Gyvūnų audinių kultūroje ląstelės gali būti auginamos kaip 2D monosluoksniai (įprastinė kultūra) arba pluoštinių karkasų ar gelių viduje, kad būtų sukurtos natūralesnės į audinius panašios 3D struktūros (3D kultūra). Ericas Simonas 1988 m. NIH SBIR dotacijos ataskaitoje parodė, kad elektroverpimas gali būti naudojamas gaminant nano ir submikroninio mastelio polimerinio pluošto pastolius, specialiai sukurtus naudoti kaip ląstelių ir audinių substratus in vitro.
Šis ankstyvas elektrai laidžių pluoštų tinklelių naudojimas ląstelių kultūrai ir audinių inžinerijai parodė, kad skirtingų tipų ląstelės prilips ir dauginsis ant polikarbonato pluoštų. Pastebėta, kad, priešingai nei suplokštėjusi morfologija, kuri paprastai pastebima 2D kultūroje, ląstelės, auginamos ant elektros laido skaidulų, pasižymi labiau apvalesne 3D morfologija, kuri paprastai matoma in vivo audiniuose.
Kultūraypač augalų audinys yra susijęs su sveikų augalų auginimu iš nedidelių augalų pluoštų gabalėlių, auginamų terpėje.
Modelių skirtumai
Audinių inžinerijos, kamieninių ląstelių ir molekulinės biologijos tyrimai visų pirma apima ląstelių kultūrų auginimą ant plokščių plastikinių indų. Šis metodas žinomas kaip dvimatė (2D) ląstelių kultūra ir pirmą kartą jį sukūrė Wilhelmas Roux, kuris 1885 m. pašalino dalį viščiuko embrioninės šerdies plokštelės ir keletą dienų laikė šiltame fiziologiniame tirpale ant plokščio stiklo.
Tobulėjant polimerų technologijoms, atsirado modernus standartinis plastikinis indelis, skirtas dvimačiai ląstelių kultūrai, paprastai žinomas kaip Petri lėkštelė. Roberto Kocho asistentu dirbo vokiečių bakteriologas Julius Richardas Petri, mokslinėje literatūroje paprastai įvardijamas kaip šio išradimo išradėjas. Šiandien įvairūs tyrinėtojai taip pat naudoja kultivavimo kolbas, kūgius ir net vienkartinius maišelius, tokius kaip vienkartiniuose bioreaktoriuose.
Be nusistovėjusių įamžintų ląstelių linijų kultivavimo, ląstelės iš daugelio organizmų pirminių eksplantų gali būti kultivuojamos ribotą laiką, kol atsiranda jautrumas. Kultivuotos pirminės ląstelės buvo plačiai naudojamos tyrimams, kaip ir žuvų keratocitų atveju ląstelių migracijos tyrimuose. Ląstelių kultūros terpės gali būti naudojamos daugumojeskiriasi.
Augalų ląstelių kultūros paprastai auginamos kaip ląstelių suspensijos kultūros skystoje terpėje arba kalio kultūros ant kietos terpės. Nediferencijuotų augalų ląstelių ir kaliukų kultūrai reikalinga tinkama augalų augimo hormonų auksino ir citokinino pusiausvyra.
