Celična kultura je zelo odvisna od pogojev. Za vsak tip celice se razlikujejo, običajno pa so sestavljene iz primerne posode s substratom ali medijem, ki zagotavlja potrebna hranila (aminokisline, ogljikove hidrate, vitamine, minerale), rastne faktorje, hormone in pline (CO2, O2) ter uravnava fizikalno -kemijsko okolje (pH pufra, osmotski tlak, temperatura). Večina celic zahteva površinski ali umetni substrat (lepilna ali enoslojna kultura), druge pa se lahko prosto razmnožujejo v gojišču (suspenzijska kultura). Življenjska doba večine celic je genetsko določena, vendar so bile nekatere celične kulture spremenjene v nesmrtne celice, ki se bodo razmnoževale v nedogled, če bodo ustvarjeni optimalni pogoji.
Definicija
Sdefinicija tukaj je precej preprosta. V praksi se izraz "celična kultura" zdaj nanaša na gojenje celic, pridobljenih iz večceličnih evkariontov, zlasti živalskih celic, v nasprotju z drugimi vrstami kulture. Zgodovinski razvoj in metode kulture so tesno povezane s tkivno kulturo in kulturo organov. Virusna kultura je povezana tudi s celicami kot gostitelji virusov.
Zgodovina
Laboratorijske tehnike za pridobivanje in gojenje celic, ločenih od prvotnega vira tkiva, so postale močnejše sredi 20. stoletja. Glavni preboj na tem področju so naredili znanstveniki z univerze Yale.
Preboj sredi stoletja
Prvotno se je pridobivanje in gojenje celic izvajalo, da bi našli zdravilo za številne nevarne viruse. Številni raziskovalci so odkrili, da lahko številni sevi virusov varno živijo, uspevajo in se razmnožujejo na umetno vzgojenih živalskih celicah ali celo celih organih, ki se hranijo avtonomno v posebnih bučkah. Praviloma se za takšne teste uporabljajo celice organov živali, ki so čim bližje človeku - na primer višji primati, kot so šimpanzi. Vsa ta odkritja so bila narejena v štiridesetih letih prejšnjega stoletja, ko so bili poskusi na ljudeh iz določenih razlogov najbolj pomembni.
metodologija
Celice je mogoče izolirati iz tkiv za ex vivo kulturo na več načinov. Z lahkoto jih je mogoče očistiti iz krvi, vendar so v kulturi sposobne rasti le bele celice. Celice lahkoizolirati iz trdnih tkiv s prebavo zunajceličnega matriksa z uporabo encimov, kot so kolagenaza, tripsin ali pronaza, preden se tkivo pretrese, da se celice sprostijo v suspenzijo. Druga možnost je, da koščke tkiva položimo v rastni medij in celice, ki rastejo, so na voljo za kulturo. Ta metoda je znana kot eksplantna kultura.
Celice, ki se gojijo neposredno iz subjekta, so znane kot primarne celice. Z izjemo nekaterih, ki izvirajo iz tumorjev, ima večina primarnih celičnih kultur omejeno življenjsko dobo.
Nesmrtniki in izvorne celice
Uveljavljena ali ovekovečena celična linija je pridobila sposobnost neomejenega razmnoževanja, bodisi z naključno mutacijo bodisi z namerno modifikacijo, kot je umetna ekspresija gena telomeraze. Številne celične linije so dobro znane kot tipične celične vrste.
Množična kultura živalskih celičnih linij je temeljnega pomena za proizvodnjo virusnih cepiv in drugih biotehnoloških izdelkov. Kultura človeških izvornih celic se uporablja za povečanje njihovega števila in diferenciacijo celic v različne vrste, primerne za presaditev. Kultura človeških (matični) celic se uporablja tudi za zbiranje molekul in eksosomov, ki jih sproščajo matične celice v terapevtske namene.
Povezava z genetiko
Biološki izdelki, proizvedeni s tehnologijo rekombinantne DNK (rDNA) v živalskih kulturah, vključujejoencimi, sintetični hormoni, imunobiološka (monoklonska protitelesa, interlevkini, limfokini) in sredstva proti raku. Medtem ko je mogoče veliko enostavnejših beljakovin izdelati z uporabo rDNA v bakterijskih kulturah, je treba v živalskih celicah trenutno izdelati bolj zapletene beljakovine, ki so glikozilirani (spremenjeni z ogljikovimi hidrati).
Pomemben primer tako kompleksne beljakovine je hormon eritropoetin. Stroški gojenja celičnih kultur sesalcev so visoki, zato potekajo raziskave za ustvarjanje tako kompleksnih beljakovin v celicah žuželk ali višjih rastlinah. Uporaba posameznih embrionalnih celic in somatskih zarodkov kot vira neposrednega prenosa genov z bombardiranjem delcev, ekspresije prehodnih genov in konfokalne mikroskopije je ena od njegovih aplikacij. Kultura rastlinskih celic je najpogostejša oblika te prakse.
Tkivne kulture
Tkivna kultura je gojenje tkiv ali celic, ločenih od organizma. Ta postopek se običajno olajša z uporabo tekočega, poltrdega ali trdnega rastnega medija, kot je juha ali agar. Kultura tkiva se na splošno nanaša na kulturo živalskih celic in tkiv, pri čemer se bolj specifičen izraz uporablja za rastline, rastlinske celice in kulturo tkiv. Izraz "tkivna kultura" je skoval ameriški patolog Montrose Thomas Burroughs.
Zgodovina tkivne kulture
Leta 1885 je Wilhelm Roux odstranil del medularnegaplošče fetalnega piščanca in ga več dni vzdrževali v topli fiziološki raztopini, s čimer smo vzpostavili osnovno načelo tkivne kulture. Leta 1907 je zoolog Ross Granville Harrison pokazal rast embrionalnih žabjih celic, ki bi povzročile nastanek živčnih celic v strjeni limfi. Leta 1913 so E. Steinhardt, C. Israel in R. A. Lambert gojili virus vakcinije v delcih tkiva rogov morskega prašiča. To je bilo že nekaj veliko bolj naprednega kot kultura rastlinskih celic.
Od preteklosti v prihodnost
Gotlieb Haberlandt je prvi opozoril na možnost gojenja izoliranih rastlinskih tkiv. Predlagal je, da bi s to metodo lahko ugotovili zmožnosti posameznih celic s kulturo tkiva, pa tudi medsebojni vpliv tkiv drug na drugega. Ko so se Haberlandove prvotne trditve uresničile, so se začele aktivno uporabljati tehnike tkivne in celične kulture, kar je vodilo do novih odkritij v biologiji in medicini. Njegova prvotna ideja, predstavljena leta 1902, se je imenovala totipotencialnost: "Teoretično so vse rastlinske celice sposobne proizvesti popolno rastlino." Gojenje celičnih kultur je takrat močno napredovalo.
V sodobni rabi se kultura tkiva na splošno nanaša na rast celic iz tkiva večceličnega organizma in vitro. Pogoji celične kulture v tem primeru niso zelo pomembni. Te celice lahko izoliramo iz organizma darovalca, primarnih celic ali ovekovečene celične linije. Celice se perejogojišče, ki vsebuje hranila in vire energije, potrebne za njihovo preživetje. Izraz "kultura tkiva" se pogosto uporablja zamenljivo s celično kulturo.
Prijava
Dobesedni pomen kulture tkiva se nanaša na gojenje kosov tkiva, to je kultura eksplanta.
Tkivna kultura je pomembno orodje za preučevanje biologije celic iz večceličnih organizmov. Zagotavlja in vitro model tkiva v dobro definiranem okolju, ki ga je mogoče enostavno manipulirati in analizirati.
V kulturi živalskega tkiva lahko celice gojimo kot 2D monosloje (konvencionalna kultura) ali znotraj vlaknastih odrov ali gelov, da dosežemo bolj naravne 3D tkivu podobne strukture (3D kultura). Eric Simon je v poročilu o donaciji NIH SBIR iz leta 1988 pokazal, da bi lahko elektropredenje uporabili za izdelavo odrov iz polimernih vlaken nano in submikronskega obsega, ki so posebej zasnovani za uporabo kot substrat celic in tkiv in vitro.
Ta zgodnja uporaba električno prevodnih mrež vlaken za celično kulturo in tkivno inženirstvo je pokazala, da se različne vrste celic oprimejo in razmnožujejo na polikarbonatnih vlaknih. Ugotovljeno je bilo, da v nasprotju s sploščeno morfologijo, ki jo običajno opazimo v 2D kulturi, imajo celice, ki rastejo na vlaknih električnih kablov, bolj zaokroženo 3D morfologijo, ki je običajno vidna v tkivih in vivo.
Kulturarastlinsko tkivo je zlasti povezano z gojenjem celih rastlin iz majhnih kosov rastlinskih vlaken, gojenih v mediju.
Razlike v modelih
Raziskave v tkivnem inženirstvu, izvornih celicah in molekularni biologiji vključujejo predvsem gojenje celičnih kultur na ravnih plastičnih posodah. Ta metoda je znana kot dvodimenzionalna (2D) celična kultura in jo je prvi razvil Wilhelm Roux, ki je leta 1885 odstranil del medularne plošče embrionalnega piščanca in jo nekaj dni hranil v topli fiziološki raztopini na ravnem steklu.
Z napredkom polimerne tehnologije se je pojavila sodobna standardna plastična posoda za dvodimenzionalno celično kulturo, splošno znana kot petrijevka. Julius Richard Petri, nemški bakteriolog, ki se v znanstveni literaturi običajno zapisuje kot izumitelj tega izuma, je delal kot pomočnik Roberta Kocha. Danes različni raziskovalci uporabljajo tudi bučke, storže in celo vrečke za enkratno uporabo, kot so tiste, ki se uporabljajo v bioreaktorjih za enkratno uporabo.
Poleg kulture dobro uveljavljenih imortaliziranih celičnih linij se lahko v omejenem časovnem obdobju gojijo celice iz primarnih eksplantatov številnih organizmov, dokler ne pride do občutljivosti. Gojene primarne celice so bile široko uporabljene v raziskavah, kot v primeru ribjih keratocitov v študijah celične migracije. Medij celične kulture se lahko uporablja v večinidrugačen.
Kulture rastlinskih celic se običajno gojijo kot kulture celične suspenzije v tekočem mediju ali v kulturah kalusa na trdnih medijih. Kultura nediferenciranih rastlinskih celic in kalusov zahteva ustrezno ravnovesje rastlinskih rastnih hormonov avksina in citokinina.
