Kultura ćelija u velikoj meri zavisi od uslova. Razlikuju se za svaki tip ćelije, ali se obično sastoje od odgovarajuće posude sa supstratom ili medijumom koji obezbeđuje neophodne nutrijente (aminokiseline, ugljene hidrate, vitamine, minerale), faktore rasta, hormone i gasove (CO2, O2) i reguliše fizičke -hemijsko okruženje (pH pufera, osmotski pritisak, temperatura). Većina ćelija zahteva površinski ili veštački supstrat (lepljiva ili jednoslojna kultura), dok se druge mogu slobodno razmnožavati u medijumu za kulturu (kultura suspenzije). Životni vek većine ćelija je genetski određen, ali neke ćelijske kulture su transformisane u besmrtne ćelije koje će se razmnožavati neograničeno ako se stvore optimalni uslovi.
Definicija
Sdefinicija je ovdje prilično jednostavna. U praksi, izraz "ćelijska kultura" sada se odnosi na kultivaciju ćelija koje potiču od višećelijskih eukariota, posebno životinjskih ćelija, za razliku od drugih vrsta kulture. Istorijski razvoj i metode kulture usko su povezane sa kulturom tkiva i kulturom organa. Kultura virusa je također povezana sa ćelijama kao domaćinima za viruse.
Historija
Laboratorijske tehnike za dobijanje i kultivisanje ćelija odvojenih od originalnog izvora tkiva postale su robusnije sredinom 20. veka. Glavna otkrića u ovoj oblasti napravili su naučnici sa Univerziteta Yale.
Proboj srednjeg veka
U početku se praktikovalo dobijanje i kultivisanje ćelija kako bi se pronašla panaceja za mnoge opasne viruse. Brojni istraživači su otkrili da mnogi sojevi virusa mogu sigurno živjeti, napredovati i razmnožavati se na umjetno uzgojenim životinjskim stanicama ili čak cijelim organima koji se čuvaju autonomno u posebnim bocama. U pravilu se za takve testove koriste stanice organa životinja koje su što bliže ljudima - na primjer, viši primati poput čimpanza. Sva ova otkrića su napravljena 1940-ih, kada su eksperimenti na ljudima bili najrelevantniji iz određenih razloga.
Metodologija
Ćelije se mogu izolovati iz tkiva za ex vivo kulturu na nekoliko načina. Lako se mogu očistiti od krvi, ali samo bijela zrnca mogu rasti u kulturi. Ćelije mogubiti izolirani iz čvrstih tkiva probavom ekstracelularnog matriksa korištenjem enzima kao što su kolagenaza, tripsin ili pronaza prije miješanja tkiva kako bi se stanice pustile u suspenziju. Alternativno, komadići tkiva se mogu staviti u medijum za rast i ćelije koje rastu su dostupne za kulturu. Ova metoda je poznata kao kultura eksplantata.
Ćelije koje su uzgajane direktno od subjekta poznate su kao primarne ćelije. Sa izuzetkom nekih koji potiču od tumora, većina primarnih ćelijskih kultura ima ograničen životni vijek.
Besmrtnici i matične ćelije
Ustanovljena ili besmrtna ćelijska linija stekla je sposobnost beskonačne reprodukcije, bilo nasumičnom mutacijom ili namjernom modifikacijom, kao što je umjetna ekspresija gena telomeraze. Brojne ćelijske linije su dobro poznate kao tipični tipovi ćelija.
Masovna kultura životinjskih ćelijskih linija je fundamentalna za proizvodnju virusnih vakcina i drugih biotehnoloških proizvoda. Kultura ljudskih matičnih ćelija koristi se za povećanje njihovog broja i diferenciranje ćelija u različite tipove pogodne za transplantaciju. Kultura ljudskih (matičnih) ćelija se također koristi za prikupljanje molekula i egzozoma koje matične ćelije oslobađaju u terapeutske svrhe.
Veza s genetikom
Biološki proizvodi proizvedeni tehnologijom rekombinantne DNK (rDNA) u životinjskim kulturama uključujuenzimi, sintetički hormoni, imunobiološka (monoklonska antitijela, interleukini, limfokini) i agensi protiv raka. Dok se mnogi jednostavniji proteini mogu napraviti korištenjem rDNK u bakterijskim kulturama, složeniji proteini koji su glikozilirani (modificirani ugljikohidratima) trenutno moraju biti napravljeni u životinjskim stanicama.
Važan primjer tako složenog proteina je hormon eritropoetin. Troškovi uzgoja ćelijskih kultura sisara su visoki, pa su u toku istraživanja za stvaranje tako složenih proteina u ćelijama insekata ili u višim biljkama. Upotreba pojedinačnih embrionalnih ćelija i somatskih embriona kao izvora direktnog prenosa gena bombardovanjem česticama, ekspresije prolaznih gena i konfokalne mikroskopije je jedna od njegovih primena. Kultura biljnih ćelija je najčešći oblik ove prakse.
Kulture tkiva
Kultura tkiva je kultivacija tkiva ili ćelija odvojenih od organizma. Ovaj proces se obično olakšava upotrebom tečnog, polučvrstog ili čvrstog medija za rast kao što je bujon ili agar. Kultura tkiva se generalno odnosi na kulturu životinjskih ćelija i tkiva, sa specifičnijim terminom koji se koristi za biljke, biljne ćelije i kulturu tkiva. Termin "kultura tkiva" skovao je američki patolog Montrose Thomas Burroughs.
Istorija kulture tkiva
Godine 1885. Wilhelm Roux je uklonio dio medularne kostiploče fetalne piletine i držali u toplom fiziološkom rastvoru nekoliko dana, uspostavljajući osnovni princip kulture tkiva. Godine 1907., zoolog Ross Granville Harrison demonstrirao je rast embrionalnih ćelija žabe koje bi dovele do nervnih ćelija u zgrušanoj limfi. Godine 1913. E. Steinhardt, C. Israel i R. A. Lambert uzgajali su virus vakcinije u fragmentima tkiva rogova zamorca. To je već bilo nešto mnogo naprednije od kulture biljnih ćelija.
Iz prošlosti u budućnost
Gotlieb Haberlandt je prvi ukazao na mogućnost uzgoja izoliranih biljnih tkiva. On je sugerisao da se ovom metodom mogu utvrditi sposobnosti pojedinačnih ćelija kroz kulturu tkiva, kao i međusobni uticaj tkiva jedno na drugo. Kako su Haberlandove originalne tvrdnje ostvarene, tehnike kulture tkiva i ćelija počele su se aktivno primjenjivati, što je dovelo do novih otkrića u biologiji i medicini. Njegova originalna ideja, predstavljena 1902. godine, nazvana je totipotencijalnošću: "Teoretski, sve biljne ćelije su sposobne da proizvedu kompletnu biljku." Uzgoj ćelijskih kultura u to vrijeme dramatično je napredovao.
U modernoj upotrebi, kultura tkiva se generalno odnosi na rast ćelija iz tkiva višećelijskog organizma in vitro. Uslovi kulture ćelija u ovom slučaju nisu od velike važnosti. Ove ćelije mogu biti izolovane iz organizma donora, primarnih ćelija ili besmrtne ćelijske linije. Ćelije se perupodloga za kulturu koja sadrži hranjive tvari i izvore energije neophodne za njihov opstanak. Termin "kultura tkiva" se često koristi naizmenično sa ćelijskom kulturom.
Prijava
Doslovno značenje kulture tkiva odnosi se na kultivaciju komada tkiva, tj. kultura eksplantata.
Kultura tkiva je važan alat za proučavanje biologije ćelija iz višećelijskih organizama. Pruža in vitro model tkiva u dobro definiranom okruženju kojim se lako može manipulirati i analizirati.
U kulturi životinjskog tkiva, ćelije se mogu uzgajati kao 2D monoslojevi (konvencionalna kultura) ili unutar vlaknastih skela ili gelova kako bi se postigle prirodnije 3D strukture nalik tkivu (3D kultura). Eric Simon, u izvještaju o grantu NIH SBIR iz 1988. godine, pokazao je da se elektropredenje može koristiti za proizvodnju nano i submikronskih skela od polimernih vlakana posebno dizajniranih za upotrebu kao supstrata ćelija i tkiva in vitro.
Ova rana upotreba električno provodljivih mreža od vlakana za ćelijsku kulturu i inženjering tkiva pokazala je da se različite vrste ćelija prianjaju i razmnožavaju na polikarbonatnim vlaknima. Uočeno je da, za razliku od spljoštene morfologije koja se tipično vidi u 2D kulturi, ćelije uzgojene na vlaknima električnih kabela pokazuju zaobljeniju 3D morfologiju koja se tipično vidi u tkivima in vivo.
Kulturabiljno tkivo je posebno povezano s uzgojem cijelih biljaka iz malih komada biljnih vlakana uzgojenih u mediju.
Razlike u modelima
Istraživanje u tkivnom inženjeringu, matičnim ćelijama i molekularnoj biologiji prvenstveno uključuje uzgoj ćelijskih kultura na ravnim plastičnim posudama. Ova metoda je poznata kao dvodimenzionalna (2D) ćelijska kultura i prvi je razvio Wilhelm Roux, koji je 1885. uklonio dio medularne ploče embrionalne kokoši i držao je u toploj fiziološkoj otopini nekoliko dana na ravnom staklu.
Napretkom tehnologije polimera, nastala je moderna standardna plastična posuda za dvodimenzionalnu ćelijsku kulturu, poznata kao petrijeva posuda. Julius Richard Petri, njemački bakteriolog, koji se u naučnoj literaturi obično navodi kao izumitelj ovog izuma, radio je kao asistent Robertu Kochu. Danas, razni istraživači također koriste posude za kulturu, čunjeve, pa čak i vrećice za jednokratnu upotrebu poput onih koje se koriste u bioreaktorima za jednokratnu upotrebu.
Pored kulture dobro uspostavljenih besmrtnih ćelijskih linija, ćelije iz primarnih eksplantata mnogih organizama mogu se uzgajati u ograničenom vremenskom periodu dok ne dođe do osjetljivosti. Kultivisane primarne ćelije su se široko koristile u istraživanjima, kao u slučaju keratocita riba u studijama migracije ćelija. Podloge za ćelijske kulture mogu se koristiti u većinidrugačije.
Kulture biljnih ćelija se obično uzgajaju kao kulture suspenzije ćelija u tečnim medijima ili u kulturama kalusa na čvrstim podlogama. Kultura nediferenciranih biljnih ćelija i kalusa zahteva odgovarajuću ravnotežu hormona rasta biljaka auksina i citokinina.
