Šūnu kultūra ir ļoti atkarīga no apstākļiem. Tie atšķiras katram šūnu tipam, bet parasti sastāv no piemērota trauka ar substrātu vai barotni, kas nodrošina nepieciešamās barības vielas (aminoskābes, ogļhidrātus, vitamīnus, minerālvielas), augšanas faktorus, hormonus un gāzes (CO2, O2) un regulē fizikālo stāvokli. -ķīmiskā vide.(bufera pH, osmotiskais spiediens, temperatūra). Lielākajai daļai šūnu ir nepieciešams virsmas vai mākslīgais substrāts (adhezīva vai vienslāņu kultūra), bet citas var brīvi pavairot barotnē (suspensijas kultūra). Lielākajai daļai šūnu dzīves ilgums ir ģenētiski noteikts, taču dažas šūnu kultūras ir pārveidotas par nemirstīgām šūnām, kuras vairosies bezgalīgi, ja tiks radīti optimāli apstākļi.
Definīcija
Sdefinīcija šeit ir diezgan vienkārša. Praksē termins "šūnu kultūra" tagad attiecas uz šūnu, kas iegūtas no daudzšūnu eikariotiem, jo īpaši dzīvnieku šūnām, kultivēšanu pretstatā citiem kultūras veidiem. Vēsturiskā attīstība un kultivēšanas metodes ir cieši saistītas ar audu kultūru un orgānu kultūru. Vīrusu kultūra ir saistīta arī ar šūnām kā vīrusu saimniekiem.
Vēsture
Laboratorijas metodes šūnu iegūšanai un kultivēšanai, kas atdalītas no sākotnējā audu avota, kļuva stabilākas 20. gadsimta vidū. Galvenos sasniegumus šajā jomā veica Jēlas universitātes zinātnieki.
Gadsimta vidus izrāviens
Sākotnēji šūnu iegūšana un kultivēšana tika praktizēta, lai atrastu panaceju pret daudziem bīstamiem vīrusiem. Vairāki pētnieki ir atklājuši, ka daudzi vīrusu celmi var droši dzīvot, attīstīties un vairoties uz mākslīgi audzētām dzīvnieku šūnām vai pat veseliem orgāniem, kas tiek turēti autonomi īpašās kolbās. Parasti šādiem testiem tiek izmantotas dzīvnieku orgānu šūnas, kas ir pēc iespējas tuvākas cilvēkiem - piemēram, augstākie primāti, piemēram, šimpanzes. Visi šie atklājumi tika veikti 20. gs. 40. gados, kad eksperimenti ar cilvēkiem noteiktu iemeslu dēļ bija visatbilstošākie.
Metodika
Šūnas var izdalīt no audiem ex vivo kultūrai vairākos veidos. Tās var viegli attīrīt no asinīm, bet tikai b altās šūnas spēj augt kultūrā. Šūnas varpirms audu maisīšanas, lai atbrīvotu šūnas suspensijā, izdala no cietajiem audiem, sagremot ārpusšūnu matricu, izmantojot tādus fermentus kā kolagenāze, tripsīns vai pronāze. Alternatīvi, audu gabalus var ievietot augšanas barotnē, un augošās šūnas ir pieejamas kultivēšanai. Šī metode ir pazīstama kā eksplantācijas kultūra.
Šūnas, kas tiek kultivētas tieši no subjekta, sauc par primārajām šūnām. Izņemot dažus no audzējiem, lielākajai daļai primāro šūnu kultūru ir ierobežots dzīves ilgums.
Nemirstīgie un cilmes šūnas
Noteikta vai iemūžināta šūnu līnija ir ieguvusi spēju vairoties bezgalīgi, nejaušas mutācijas vai apzinātas modifikācijas, piemēram, telomerāzes gēna mākslīgas ekspresijas, rezultātā. Daudzas šūnu līnijas ir labi zināmas kā tipiski šūnu tipi.
Dzīvnieku šūnu līniju masveida kultūra ir būtiska vīrusu vakcīnu un citu biotehnoloģiju produktu ražošanā. Cilvēka cilmes šūnu kultūru izmanto, lai palielinātu to skaitu un diferencētu šūnas dažādos transplantācijai piemērotos veidos. Cilvēka (cilmes) šūnu kultūru izmanto arī, lai terapeitiskos nolūkos savāktu molekulas un eksosomas, ko atbrīvo cilmes šūnas.
Saikne ar ģenētiku
Bioloģiskie produkti, kas iegūti, izmantojot rekombinantās DNS (rDNS) tehnoloģiju dzīvnieku kultūrās, ietverenzīmi, sintētiskie hormoni, imūnbioloģiskie (monoklonālās antivielas, interleikīni, limfokīni) un pretvēža līdzekļi. Lai gan daudzas vienkāršākas olb altumvielas var iegūt, izmantojot rDNS baktēriju kultūrās, sarežģītākas olb altumvielas, kas ir glikozilētas (modificētas ar ogļhidrātiem), pašlaik ir jāizgatavo dzīvnieku šūnās.
Svarīgs šāda kompleksa proteīna piemērs ir hormons eritropoetīns. Zīdītāju šūnu kultūru audzēšanas izmaksas ir augstas, tāpēc tiek veikti pētījumi, lai radītu šādus sarežģītus proteīnus kukaiņu šūnās vai augstākos augos. Viens no tās pielietojumiem ir atsevišķu embriju šūnu un somatisko embriju izmantošana kā tiešas gēnu pārneses avots ar daļiņu bombardēšanu, pārejošu gēnu ekspresiju un konfokālo mikroskopiju. Augu šūnu kultūra ir visizplatītākais šīs prakses veids.
Audu kultūras
Audu kultūra ir no organisma atdalītu audu vai šūnu kultivēšana. Šo procesu parasti atvieglo, izmantojot šķidru, puscietu vai cietu augšanas vidi, piemēram, buljonu vai agaru. Audu kultūra parasti attiecas uz dzīvnieku šūnu un audu kultūru, ar konkrētāku terminu, ko lieto attiecībā uz augiem, augu šūnu un audu kultūru. Terminu "audu kultūra" ieviesa amerikāņu patologs Montrozs Tomass Berouzs.
Audu kultūras vēsture
1885. gadā Vilhelms Rū izņēma daļu medulāracāļu augļa plāksnes un vairākas dienas uzturēja siltā sāls šķīdumā, izveidojot audu kultūras pamatprincipu. 1907. gadā zoologs Ross Granvils Harisons demonstrēja embrionālo vardes šūnu augšanu, kas radīs nervu šūnas sarecētajā limfā. 1913. gadā E. Steinhardt, C. Israel un R. A. Lambert kultivēja vaccinia vīrusu jūrascūciņas raga audu fragmentos. Tas jau bija kaut kas daudz progresīvāks par augu šūnu kultūru.
No pagātnes uz nākotni
Gotlībs Hāberlands bija pirmais, kurš norādīja uz iespēju kultivēt izolētus augu audus. Viņš ierosināja, ka šī metode var noteikt atsevišķu šūnu spējas, izmantojot audu kultūru, kā arī audu savstarpējo ietekmi vienam uz otru. Kad Hāberlenda sākotnējie apgalvojumi tika realizēti, sāka aktīvi pielietot audu un šūnu kultūras metodes, kas noveda pie jauniem atklājumiem bioloģijā un medicīnā. Viņa sākotnējā ideja, kas tika prezentēta 1902. gadā, tika saukta par totipotencialitāti: "Teorētiski visas augu šūnas spēj ražot pilnīgu augu." Šūnu kultūru kultivēšana tajā laikā ievērojami attīstījās.
Mūsdienu lietošanā audu kultūra parasti attiecas uz šūnu augšanu no daudzšūnu organisma audiem in vitro. Šūnu kultūras apstākļi šajā gadījumā nav īpaši svarīgi. Šīs šūnas var izolēt no donora organisma, primārajām šūnām vai iemūžinātas šūnu līnijas. Šūnas mazgājasbarotne, kas satur to izdzīvošanai nepieciešamās barības vielas un enerģijas avotus. Termins "audu kultūra" bieži tiek lietots aizvietojot ar šūnu kultūru.
Pieteikums
Audu kultūras burtiskā nozīme attiecas uz audu gabalu kultivēšanu, t.i., eksplanta kultūru.
Audu kultūra ir svarīgs instruments daudzšūnu organismu šūnu bioloģijas pētīšanai. Tas nodrošina in vitro audu modeli labi definētā vidē, ar kuru var viegli manipulēt un analizēt.
Dzīvnieku audu kultūrā šūnas var audzēt kā 2D monoslāņus (parastā kultūra) vai šķiedru pamatnēs vai gēlos, lai iegūtu naturālistiskākas 3D audiem līdzīgas struktūras (3D kultūra). Ēriks Saimons 1988. gada NIH SBIR granta ziņojumā parādīja, ka elektrovērpšanu var izmantot, lai ražotu nano- un submikronu mēroga polimēru šķiedru sastatnes, kas īpaši paredzētas izmantošanai kā šūnu un audu substrāti in vitro.
Šī agrīnā elektriski vadošo šķiedru režģu izmantošana šūnu kultūrai un audu inženierijai parādīja, ka dažāda veida šūnas pielips un vairojas uz polikarbonāta šķiedrām. Ir novērots, ka atšķirībā no saplacinātās morfoloģijas, kas parasti tiek novērota 2D kultūrā, šūnām, kas audzētas uz elektriskās auklas šķiedrām, ir noapaļotāka 3D morfoloģija, ko parasti novēro in vivo audos.
Kultūrajo īpaši augu audi ir saistīti ar veselu augu audzēšanu no maziem augu šķiedru gabaliņiem, kas kultivēti vidē.
Modeļu atšķirības
Pētījumi audu inženierijā, cilmes šūnās un molekulārajā bioloģijā galvenokārt ietver šūnu kultūru audzēšanu uz plakaniem plastmasas traukiem. Šī metode ir pazīstama kā divdimensiju (2D) šūnu kultūra, un pirmo reizi to izstrādāja Vilhelms Rū, kurš 1885. gadā izņēma daļu no embrija vistas medulārās plāksnes un vairākas dienas turēja siltā fizioloģiskā šķīdumā uz plakana stikla.
Polimēru tehnoloģiju attīstības rezultātā ir radusies moderna standarta plastmasas trauks divdimensiju šūnu kultūrai, ko parasti sauc par Petri trauciņu. Vācu bakteriologs Jūlijs Ričards Petri, kurš zinātniskajā literatūrā parasti tiek minēts kā šī izgudrojuma izgudrotājs, strādāja par Roberta Koha asistentu. Mūsdienās dažādi pētnieki izmanto arī kultivēšanas kolbas, konusus un pat vienreizējās lietošanas maisiņus, piemēram, tos, ko izmanto vienreizlietojamos bioreaktoros.
Papildus vispāratzītu iemūžinātu šūnu līniju kultivēšanai ierobežotu laika periodu, līdz rodas uzņēmība, var kultivēt arī daudzu organismu primāro eksplantu šūnas. Kultivētās primārās šūnas ir plaši izmantotas pētījumos, piemēram, zivju keratocītu gadījumā šūnu migrācijas pētījumos. Šūnu kultūras barotnes var izmantot lielākajā daļā gadījumuatšķirīgs.
Augu šūnu kultūras parasti audzē kā šūnu suspensijas kultūras šķidrā barotnē vai kallusu kultūrās uz cietas barotnes. Nediferencētu augu šūnu un kauliņu kultūrai nepieciešams pareizs augu augšanas hormonu auksīna un citokinīna līdzsvars.
