Клетъчната култура е силно зависима от условията. Те варират за всеки тип клетка, но обикновено се състоят от подходящ съд със субстрат или среда, която осигурява необходимите хранителни вещества (аминокиселини, въглехидрати, витамини, минерали), растежни фактори, хормони и газове (CO2, O2) и регулира физич. -химическа среда (рН на буфера, осмотично налягане, температура). Повечето клетки изискват повърхностен или изкуствен субстрат (адхезивна или монослойна култура), докато други могат да се размножават свободно в културална среда (суспензионна култура). Продължителността на живота на повечето клетки е генетично определена, но някои клетъчни култури са трансформирани в безсмъртни клетки, които ще се възпроизвеждат неограничено време, ако се създадат оптимални условия.
Определение
Sдефиницията тук е доста проста. На практика терминът "клетъчна култура" сега се отнася до култивирането на клетки, получени от многоклетъчни еукариоти, особено животински клетки, за разлика от други видове култури. Историческото развитие и културните методи са тясно свързани с културата на тъканите и културата на органи. Вирусната култура също се свързва с клетките като гостоприемници за вируси.
История
Лабораторните техники за получаване и култивиране на клетки, отделени от оригиналния тъканен източник, станаха по-стабилни в средата на 20-ти век. Основните пробиви в тази област са направени от учени от Йейлския университет.
Пробив от средата на века
Първоначално получаването и култивирането на клетки се практикува, за да се намери панацея за много опасни вируси. Редица изследователи са открили, че много щамове вируси могат безопасно да живеят, да процъфтяват и да се размножават върху изкуствено отгледани животински клетки или дори цели органи, които се съхраняват автономно в специални колби. По правило за такива тестове се използват клетки от органи на животни, които са възможно най-близки до хората - например висши примати като шимпанзетата. Всички тези открития са направени през 40-те години на миналия век, когато експериментите върху хора са били най-подходящи по определени причини.
Методология
Клетките могат да бъдат изолирани от тъкани за ex vivo култура по няколко начина. Те могат лесно да бъдат изчистени от кръв, но само белите клетки са способни да растат в култура. Клетките могатсе изолират от твърди тъкани чрез смилане на извънклетъчния матрикс с помощта на ензими като колагеназа, трипсин или проназа преди разклащане на тъканта за освобождаване на клетките в суспензия. Алтернативно, парчета тъкан могат да бъдат поставени в растежна среда и клетките, които растат, са достъпни за култивиране. Този метод е известен като култура на експлант.
Клетки, които са култивирани директно от субекта, са известни като първични клетки. С изключение на някои, получени от тумори, повечето първични клетъчни култури имат ограничен живот.
Безсмъртни и стволови клетки
Установена или обезсмъртена клетъчна линия е придобила способността да се възпроизвежда за неопределено време, или чрез случайна мутация, или умишлена модификация, като изкуствена експресия на теломеразния ген. Много клетъчни линии са добре известни като типични клетъчни типове.
Масовата култура на животински клетъчни линии е от основно значение за производството на вирусни ваксини и други биотехнологични продукти. Културата на човешки стволови клетки се използва за разширяване на техния брой и диференциране на клетките в различни типове, подходящи за трансплантация. Културата на човешки (стволови) клетки също се използва за събиране на молекули и екзозоми, освободени от стволови клетки за терапевтични цели.
Връзка с генетиката
Биологичните продукти, произведени чрез рекомбинантна ДНК (рДНК) технология в животински култури включватензими, синтетични хормони, имунобиологични (моноклонални антитела, интерлевкини, лимфокини) и противоракови агенти. Докато много по-прости протеини могат да бъдат направени с помощта на rDNA в бактериални култури, по-сложните протеини, които са гликозилирани (модифицирани от въглехидрати) в момента трябва да се произвеждат в животински клетки.
Важен пример за такъв сложен протеин е хормонът еритропоетин. Разходите за отглеждане на клетъчни култури от бозайници са високи, така че се провеждат изследвания за създаване на такива сложни протеини в клетки на насекоми или във висши растения. Използването на единични ембрионални клетки и соматични ембриони като източник на директен генен трансфер чрез бомбардиране на частици, експресия на преходни гени и конфокална микроскопия е едно от неговите приложения. Културата на растителни клетки е най-често срещаната форма на тази практика.
Тъканни култури
Тъканната култура е култивирането на тъкани или клетки, отделени от организъм. Този процес обикновено се улеснява с помощта на течна, полутвърда или твърда среда за растеж, като бульон или агар. Тъканната култура обикновено се отнася до културата на животински клетки и тъкани, като по-специфичният термин се използва за растения, растителни клетки и тъканни култури. Терминът "тъканна култура" е въведен от американския патолог Монтроуз Томас Бъроуз.
История на тъканната култура
През 1885 г. Вилхелм Ру отстранява част от медуларнатаплочи с фетално пиле и го поддържат в топъл физиологичен разтвор в продължение на няколко дни, установявайки основния принцип на тъканна култура. През 1907 г. зоологът Рос Гранвил Харисън демонстрира растежа на ембрионални жабешки клетки, които биха довели до нервни клетки в съсирената лимфа. През 1913 г. E. Steinhardt, C. Israel и R. A. Lambert култивират ваксиния вирус в фрагменти от тъкан от рога на морско свинче. Вече беше нещо много по-напреднало от културата на растителни клетки.
От миналото към бъдещето
Готлиб Хаберланд беше първият, който посочи възможността за култивиране на изолирани растителни тъкани. Той предполага, че този метод може да определи възможностите на отделните клетки чрез тъканна култура, както и взаимното влияние на тъканите една върху друга. Тъй като първоначалните твърдения на Хаберланд бяха реализирани, техниките за тъканни и клетъчни култури започнаха да се прилагат активно, което доведе до нови открития в биологията и медицината. Първоначалната му идея, представена през 1902 г., се нарича тотипотенциалност: „Теоретично всички растителни клетки са способни да произведат цялостно растение“. Култивирането на клетъчни култури по това време напредва драстично.
В съвременната употреба тъканната култура обикновено се отнася до растежа на клетки от тъканта на многоклетъчен организъм in vitro. Условията на клетъчната култура не са много важни в този случай. Тези клетки могат да бъдат изолирани от донорен организъм, първични клетки или обезсмъртена клетъчна линия. Клетките се измиваткултурална среда, която съдържа хранителните вещества и енергийни източници, необходими за тяхното оцеляване. Терминът "тъканна култура" често се използва взаимозаменяемо с клетъчна култура.
Заявление
Буквалното значение на тъканната култура се отнася до култивирането на парчета тъкан, т.е. култура на експлант.
Тъканната култура е важен инструмент за изучаване на биологията на клетките от многоклетъчни организми. Той осигурява in vitro тъканен модел в добре дефинирана среда, която може лесно да се манипулира и анализира.
В културата на животинска тъкан клетките могат да се отглеждат като 2D монослоеве (конвенционална култура) или във влакнести скелета или гелове, за да се постигнат по-натуралистични 3D тъканни структури (3D култура). Ерик Саймън, в доклад за безвъзмездна помощ от NIH SBIR от 1988 г., показа, че електроспинингът може да се използва за производство на скелета от полимерни влакна от нано и субмикрон, специално проектирани за използване като клетъчни и тъканни субстрати in vitro.
Това ранно използване на електропроводими решетки от влакна за клетъчни култури и тъканно инженерство показа, че различни видове клетки ще се прилепват и размножават върху поликарбонатни влакна. Наблюдавано е, че за разлика от сплесканата морфология, която обикновено се наблюдава в 2D култура, клетките, отглеждани върху влакна на електрическия кабел, показват по-закръглена 3D морфология, която обикновено се наблюдава в тъканите in vivo.
Културарастителната тъкан, по-специално, се свързва с отглеждането на цели растения от малки парченца растителни влакна, култивирани в среда.
Разлики в моделите
Изследванията в тъканното инженерство, стволовите клетки и молекулярната биология включват предимно отглеждане на клетъчни култури върху плоски пластмасови чинии. Този метод е известен като двуизмерна (2D) клетъчна култура и е разработен за първи път от Вилхелм Ру, който през 1885 г. отстранява част от медуларната плоча на ембрионално пиле и я държи в топъл физиологичен разтвор в продължение на няколко дни върху плоско стъкло.
В резултат на напредъка на полимерната технология се появи модерната стандартна пластмасова чиния за двуизмерна клетъчна култура, известна като паничката на Петри. Юлиус Ричард Петри, немски бактериолог, обикновено считан в научната литература като изобретател на това изобретение, работи като асистент на Робърт Кох. Днес различни изследователи също използват колби за култура, конуси и дори торбички за еднократна употреба като тези, използвани в биореакторите за еднократна употреба.
Освен културата на добре установени обезсмъртени клетъчни линии, клетки от първични експланти на много организми могат да бъдат култивирани за ограничен период от време, докато възникне чувствителност. Култивирани първични клетки са били широко използвани в изследванията, както в случая на рибни кератоцити при изследвания на клетъчната миграция. Средите за клетъчни култури могат да се използват в повечеторазличен.
Културите от растителни клетки обикновено се отглеждат като култури с клетъчна суспензия в течна среда или в калусни култури върху твърда среда. Културата на недиференцирани растителни клетки и калуси изисква правилен баланс на растителните хормони на растежа ауксин и цитокинин.
