A sejttenyésztés nagymértékben függ a körülményektől. Sejttípusonként eltérőek, de általában egy megfelelő edényből állnak, olyan szubsztrátummal vagy tápközeggel, amely biztosítja a szükséges tápanyagokat (aminosavak, szénhidrátok, vitaminok, ásványi anyagok), növekedési faktorokat, hormonokat és gázokat (CO2, O2), és szabályozza a fizikát. -kémiai környezet (puffer pH, ozmotikus nyomás, hőmérséklet). A legtöbb sejt felületi vagy mesterséges szubsztrátot igényel (tapadó vagy egyrétegű tenyészet), míg mások szabadon szaporíthatók táptalajban (szuszpenziós tenyészet). A legtöbb sejt élettartama genetikailag meghatározott, de néhány sejttenyészetet halhatatlan sejtekké alakítottak át, amelyek optimális feltételek megteremtése esetén korlátlan ideig szaporodnak.
Definíció
Sa definíció itt nagyon egyszerű. A gyakorlatban a "sejtkultúra" kifejezés ma többsejtű eukariótákból származó sejtek, különösen állati sejtek tenyésztését jelenti, ellentétben más típusú tenyészetekkel. A történeti fejlődés és a tenyésztési módszerek szorosan összefüggenek a szövettenyésztéssel és a szervkultúrával. A vírustenyészet a sejtekhez is kapcsolódik vírusgazdaként.
Előzmények
Az eredeti szövetforrástól elkülönített sejtek kinyerésére és tenyésztésére szolgáló laboratóriumi technikák a 20. század közepén robusztusabbakká váltak. A fő áttörést ezen a területen a Yale Egyetem tudósai érték el.
Áttörés a század közepén
Eredetileg a sejtek megszerzését és tenyésztését gyakorolták annak érdekében, hogy csodaszert találjanak sok veszélyes vírus ellen. Számos kutató felfedezte, hogy számos vírustörzs biztonságosan élhet, szaporodik és szaporodik mesterségesen növesztett állati sejteken vagy akár egész szerveken, amelyeket önállóan, speciális lombikokban tartanak. Az ilyen vizsgálatokhoz általában olyan állatok szerveinek sejtjeit használják, amelyek a lehető legközelebb állnak az emberhez - például magasabb főemlősök, mint a csimpánzok. Mindezeket a felfedezéseket az 1940-es években tették, amikor az embereken végzett kísérletek bizonyos okokból a legfontosabbak voltak.
Módszertan
A sejteket többféleképpen is izolálhatjuk a szövetekből ex vivo tenyésztéshez. Könnyen megtisztíthatók a vértől, de csak a fehérsejtek képesek szaporodni a tenyészetben. A sejtek képesekszilárd szövetekből izolálják az extracelluláris mátrix enzimek, például kollagenáz, tripszin vagy pronáz segítségével történő emésztésével, mielőtt a szövetet felrázzák, hogy a sejteket szuszpenzióba szabadítsák fel. Alternatív megoldásként szövetdarabokat helyezhetünk a táptalajba, és a szaporodó sejtek rendelkezésre állnak a tenyésztéshez. Ezt a módszert explantációs kultúra néven ismerik.
A közvetlenül az alanyból tenyésztett sejteket elsődleges sejteknek nevezzük. Néhány daganatból származó sejt kivételével a legtöbb primer sejttenyészet élettartama korlátozott.
Halhatatlanok és őssejtek
Egy kialakult vagy halhatatlanná tett sejtvonal korlátlan ideig képes szaporodni, akár véletlenszerű mutáció, akár szándékos módosítás, például a telomeráz gén mesterséges expressziója révén. Számos sejtvonal ismert tipikus sejttípusként.
Az állati sejtvonalak tömeges tenyésztése alapvető fontosságú a vírusvakcinák és más biotechnológiai termékek előállításához. Emberi őssejtek tenyésztését használják számuk bővítésére és a sejtek transzplantációra alkalmas különböző típusokra történő megkülönböztetésére. A humán (őssejt) tenyészetet az őssejtek által kibocsátott molekulák és exoszómák terápiás célú összegyűjtésére is használják.
Kapcsolódás a genetikával
A rekombináns DNS (rDNS) technológiával állati kultúrákban előállított biológiai termékek közé tartoznakenzimek, szintetikus hormonok, immunbiológiai (monoklonális antitestek, interleukinok, limfokinek) és rákellenes szerek. Míg számos egyszerűbb fehérjét elő lehet állítani az rDNS használatával bakteriális tenyészetekben, a glikozilált (szénhidrátokkal módosított) összetettebb fehérjéket jelenleg állati sejtekben kell előállítani.
Egy ilyen összetett fehérje fontos példája az eritropoetin hormon. Az emlős sejtkultúrák termesztésének költségei magasak, ezért kutatások folynak ilyen összetett fehérjék létrehozására rovarsejtekben vagy magasabb rendű növényekben. Az egyik alkalmazási területe az egyedi embrionális sejtek és szomatikus embriók közvetlen géntranszfer forrásaként való felhasználása részecskebombázással, tranziens gének expressziójával és konfokális mikroszkóppal. Ennek a gyakorlatnak a leggyakoribb formája a növényi sejttenyésztés.
Szövettenyészetek
A szövettenyésztés a szervezettől elválasztott szövetek vagy sejtek tenyésztése. Ezt a folyamatot általában folyékony, félszilárd vagy szilárd táptalaj, például húsleves vagy agar segítségével segítik elő. A szövettenyésztés általában állati sejtek és szövetek tenyésztésére utal, a specifikusabb kifejezést a növényekre, növényi sejt- és szövettenyészetekre használják. A "szövetkultúra" kifejezést Montrose Thomas Burroughs amerikai patológus alkotta meg.
Szövettenyésztés története
1885-ben Wilhelm Roux eltávolította a velő egy részétmagzati csirke tányérokra, és meleg sóoldatban tartottuk néhány napig, megalapozva a szövettenyésztés alapelvét. 1907-ben Ross Granville Harrison zoológus kimutatta az embrionális békasejtek növekedését, amelyek idegsejteket eredményeznek az alvadt nyirokszövetben. 1913-ban E. Steinhardt, C. Israel és R. A. Lambert vaccinia vírust tenyésztettek tengerimalac szarvszövet töredékeiben. Ez már valami sokkal fejlettebb volt, mint a növényi sejttenyésztés.
Múltból jövőbe
Gotlieb Haberlandt volt az első, aki rámutatott az izolált növényi szövetek termesztésének lehetőségére. Felvetette, hogy ezzel a módszerrel szövettenyésztéssel meghatározható az egyes sejtek képességei, valamint a szövetek egymásra gyakorolt kölcsönös hatása. Ahogy Haberland eredeti állításai megvalósultak, a szövet- és sejttenyésztési technikákat elkezdték aktívan alkalmazni, ami új felfedezésekhez vezetett a biológiában és az orvostudományban. Eredeti, 1902-ben bemutatott ötletét totipotencialitásnak nevezték: "Elméletileg minden növényi sejt képes egy teljes növényt előállítani." A sejttenyészetek termesztése abban az időben drámaian előrehaladt.
A modern szóhasználatban a szövettenyésztés általában a sejtek in vitro növekedését jelenti egy többsejtű szervezet szövetéből. A sejttenyésztési feltételek ebben az esetben nem túl fontosak. Ezeket a sejteket donor szervezetből, primer sejtekből vagy halhatatlanná tett sejtvonalból izolálhatjuk. A sejtek mosódnaka túlélésükhöz szükséges tápanyagokat és energiaforrásokat tartalmazó táptalaj. A "szövettenyészet" kifejezést gyakran a sejttenyészettel felcserélve használják.
Alkalmazás
A szövettenyésztés szó szerinti jelentése szövetdarabok, azaz explantátum tenyésztésére utal.
A szövettenyésztés fontos eszköz a többsejtű szervezetek sejtjei biológiájának tanulmányozására. In vitro szövetmodellt biztosít egy jól meghatározott környezetben, amely könnyen manipulálható és elemezhető.
Állati szövettenyészetben a sejteket 2D egyrétegű rétegként (hagyományos tenyészet) vagy rostos állványok vagy gélek belsejében lehet szaporítani, hogy természetesebb, 3D szövetszerű struktúrákat érjünk el (3D tenyészet). Eric Simon egy 1988-as NIH SBIR pályázati jelentésében kimutatta, hogy az elektrofonással nano- és szubmikron méretű polimerszálas állványokat lehet előállítani, amelyeket kifejezetten sejt- és szövetszubsztrátumként való használatra terveztek in vitro.
Az elektromosan vezető szálrácsok korai alkalmazása sejttenyésztéshez és szövetsebészethez azt mutatta, hogy különböző típusú sejtek tapadnak és szaporodnak a polikarbonát rostokon. Megfigyelték, hogy a 2D tenyészetben jellemzően látható lapított morfológiával ellentétben az elektromos kábelszálakon növesztett sejtek lekerekítettebb 3D morfológiát mutatnak, amely jellemzően az in vivo szövetekben látható.
KultúraA növényi szövet különösen a közegben termesztett kis növényi rostdarabokból egész növények termesztésével kapcsolatos.
Modellkülönbségek
A szövetfejlesztéssel, az őssejtekkel és a molekuláris biológiával kapcsolatos kutatások elsősorban sejtkultúrák tenyésztését foglalják magukban lapos műanyag edényeken. Ez a módszer kétdimenziós (2D) sejttenyésztés néven ismert, és először Wilhelm Roux fejlesztette ki, aki 1885-ben eltávolította egy embrionális csirke velőlemezének egy részét, és meleg sóoldatban tartotta több napig síküvegen.
A polimer technológia fejlődésével megjelent a kétdimenziós sejttenyésztéshez használt modern szabványos műanyag edény, közismert nevén Petri-csésze. Julius Richard Petri német bakteriológus, akit a tudományos irodalom általában a találmány feltalálójaként emleget, Robert Koch asszisztenseként dolgozott. Manapság különféle kutatók kultúrlombikot, tölcsért és még eldobható zacskót is használnak, például az eldobható bioreaktorokban használtakat.
A jól bevált immortalizált sejtvonalak tenyésztése mellett számos organizmus elsődleges explantátumából származó sejteket is lehet tenyészteni korlátozott ideig, amíg az érzékenység meg nem jelenik. A tenyésztett primer sejteket széles körben alkalmazták a kutatásban, mint például a halkeratociták esetében a sejtmigrációs vizsgálatokban. Sejttenyésztő tápközeg a legtöbb esetben használhatómás.
A növényi sejttenyészeteket általában sejtszuszpenziós tenyészetként folyékony tápközegben vagy kallusztenyészetben, szilárd táptalajban növesztik. A differenciálatlan növényi sejtek és kallusz tenyésztéséhez szükséges a növényi növekedési hormonok, az auxin és a citokinin megfelelő egyensúlya.
