Cellekultur er meget afhængig af forhold. De varierer for hver celletype, men består norm alt af et passende kar med et substrat eller medium, der giver de nødvendige næringsstoffer (aminosyrer, kulhydrater, vitaminer, mineraler), vækstfaktorer, hormoner og gasser (CO2, O2) og regulerer den fysiske -kemiske omgivelser (buffer pH, osmotisk tryk, temperatur). De fleste celler kræver en overflade eller et kunstigt substrat (klæbende eller monolagskultur), mens andre frit kan formeres i et dyrkningsmedium (suspensionskultur). Levetiden for de fleste celler er genetisk bestemt, men nogle cellekulturer er blevet transformeret til udødelige celler, der vil formere sig på ubestemt tid, hvis der skabes optimale forhold.
Definition
Sdefinitionen her er ret simpel. I praksis refererer udtrykket "cellekultur" nu til dyrkning af celler afledt af multicellulære eukaryoter, især dyreceller, i modsætning til andre typer kultur. Historisk udvikling og dyrkningsmetoder er tæt forbundet med vævskultur og organkultur. Viruskultur er også forbundet med celler som værter for virus.
Historie
Laboratorieteknikker til at opnå og dyrke celler adskilt fra den oprindelige vævskilde blev mere robuste i midten af det 20. århundrede. De vigtigste gennembrud på dette område blev lavet af videnskabsmænd fra Yale University.
Gennembrud fra midten af århundredet
Oprindeligt blev det praktiseret at opnå og dyrke celler for at finde et universalmiddel for mange farlige vira. En række forskere har opdaget, at mange virusstammer sikkert kan leve, trives og formere sig på kunstigt dyrkede dyreceller eller endda hele organer, der opbevares autonomt i specielle flasker. Som regel bruges celler af organer fra dyr, der er så tæt som muligt på mennesker, til sådanne tests - for eksempel højere primater som chimpanser. Alle disse opdagelser blev gjort i 1940'erne, hvor eksperimenter på mennesker var mest relevante af visse grunde.
Metode
Celler kan isoleres fra væv til ex vivo-kultur på flere måder. De kan let renses for blod, men kun hvide celler er i stand til at vokse i kultur. Celler kanisoleres fra fast væv ved fordøjelse af den ekstracellulære matrix under anvendelse af enzymer såsom collagenase, trypsin eller pronase, før vævet omrøres for at frigive cellerne til suspension. Alternativt kan vævsstykker placeres i vækstmedier, og cellerne, der vokser, er tilgængelige for dyrkning. Denne metode er kendt som eksplantationskultur.
Celler, der dyrkes direkte fra individet, er kendt som primære celler. Med undtagelse af nogle afledt af tumorer har de fleste primære cellekulturer en begrænset levetid.
Udødelige og stamceller
En etableret eller udødeliggjort cellelinje har erhvervet evnen til at reproducere på ubestemt tid, enten gennem tilfældig mutation eller bevidst modifikation, såsom kunstig ekspression af telomerasegenet. Talrige cellelinjer er velkendte som typiske celletyper.
Massedyrkning af dyrecellelinjer er fundamental for produktionen af virale vacciner og andre bioteknologiske produkter. Kultur af menneskelige stamceller bruges til at udvide deres antal og differentiere celler til forskellige typer, der er egnede til transplantation. Human (stam) cellekultur bruges også til at indsamle molekyler og exosomer frigivet af stamceller til terapeutiske formål.
Forbindelse med genetik
Biologiske produkter fremstillet af rekombinant DNA (rDNA) teknologi i dyrekulturer omfatterenzymer, syntetiske hormoner, immunbiologiske (monoklonale antistoffer, interleukiner, lymfokiner) og anticancermidler. Mens mange enklere proteiner kan fremstilles ved hjælp af rDNA i bakteriekulturer, skal mere komplekse proteiner, der er glycosyleret (modificeret af kulhydrater), i øjeblikket fremstilles i dyreceller.
Et vigtigt eksempel på et så komplekst protein er hormonet erythropoietin. Omkostningerne ved at dyrke pattedyrcellekulturer er høje, så der er forskning i gang for at skabe sådanne komplekse proteiner i insektceller eller i højere planter. Brugen af enkelte embryonale celler og somatiske embryoner som en kilde til direkte genoverførsel ved partikelbombardement, ekspression af forbigående gener og konfokal mikroskopi er en af dens anvendelser. Plantecellekultur er den mest almindelige form for denne praksis.
Vævskulturer
Vævskultur er dyrkning af væv eller celler adskilt fra en organisme. Denne proces lettes norm alt ved at bruge et flydende, halvfast eller fast vækstmedium, såsom bouillon eller agar. Vævskultur refererer generelt til dyrkning af dyreceller og væv, med det mere specifikke udtryk, der bruges til planter, planteceller og vævskultur. Udtrykket "vævskultur" blev opfundet af den amerikanske patolog Montrose Thomas Burroughs.
Vævskulturens historie
I 1885 fjernede Wilhelm Roux en del af medullærenplader af føtal kylling og opretholdt den i en varm s altvandsopløsning i flere dage, hvilket etablerede det grundlæggende princip for vævskultur. I 1907 demonstrerede zoolog Ross Granville Harrison væksten af embryonale frøceller, der ville give anledning til nerveceller i størknet lymfe. I 1913 dyrkede E. Steinhardt, C. Israel og R. A. Lambert vacciniavirus i fragmenter af marsvinehornvæv. Det var allerede noget meget mere avanceret end plantecellekultur.
Fra fortid til fremtid
Gotlieb Haberlandt var den første til at påpege muligheden for at dyrke isoleret plantevæv. Han foreslog, at denne metode kunne bestemme individuelle cellers evner gennem vævskultur, såvel som vævs gensidige indflydelse på hinanden. Da Haberlands oprindelige påstande blev realiseret, begyndte vævs- og cellekulturteknikker at blive anvendt aktivt, hvilket førte til nye opdagelser inden for biologi og medicin. Hans oprindelige idé, der blev præsenteret i 1902, blev kaldt totipotentialitet: "Teoretisk set er alle planteceller i stand til at producere en komplet plante." Dyrkningen af cellekulturer på det tidspunkt udviklede sig dramatisk.
I moderne brug refererer vævskultur generelt til væksten af celler fra vævet fra en flercellet organisme in vitro. Cellekulturbetingelserne er ikke særlig vigtige i dette tilfælde. Disse celler kan være isoleret fra en donororganisme, primære celler eller en udødeliggjort cellelinje. Celler vaskeset dyrkningsmedium, der indeholder de næringsstoffer og energikilder, der er nødvendige for deres overlevelse. Udtrykket "vævskultur" bruges ofte i flæng med cellekultur.
Application
Den bogstavelige betydning af vævskultur refererer til dyrkning af vævsstykker, dvs. eksplantationskultur.
Vævskultur er et vigtigt værktøj til at studere biologien af celler fra flercellede organismer. Det giver en in vitro vævsmodel i et veldefineret miljø, der let kan manipuleres og analyseres.
I dyrevævskultur kan celler dyrkes som 2D-monolag (konventionel kultur) eller inde i fibrøse stilladser eller geler for at opnå mere naturalistiske 3D-vævslignende strukturer (3D-kultur). Eric Simon viste i en NIH SBIR-bevillingsrapport fra 1988, at elektrospinning kunne bruges til at fremstille polymerfiberstilladser i nano- og submikronskala, der er specielt designet til brug som celle- og vævssubstrater in vitro.
Denne tidlige brug af elektrisk ledende fibergitre til cellekultur og vævsteknologi viste, at forskellige typer celler ville klæbe og proliferere på polycarbonatfibre. Det er blevet observeret, at i modsætning til den fladtrykte morfologi, der typisk ses i 2D-kultur, udviser celler dyrket på elektriske ledningsfibre en mere afrundet 3D-morfologi, der typisk ses i in vivo-væv.
KulturIsær plantevæv er forbundet med dyrkning af hele planter fra små stykker plantefibre dyrket i et medium.
Forskelle i modeller
Forskning i vævsteknologi, stamceller og molekylærbiologi involverer primært dyrkning af cellekulturer på flade plastikskåle. Denne metode er kendt som todimensionel (2D) cellekultur og blev først udviklet af Wilhelm Roux, som i 1885 fjernede en del af marvpladen på en embryonal kylling og holdt den i varmt s altvand i flere dage på fladt glas.
Fra fremskridtene inden for polymerteknologi er den moderne standard plastskål til todimensionel cellekultur, almindeligvis kendt som petriskålen, opstået. Julius Richard Petri, en tysk bakteriolog, norm alt krediteret i den videnskabelige litteratur som opfinderen af denne opfindelse, arbejdede som assistent for Robert Koch. I dag bruger forskellige forskere også kulturkolber, kogler og endda engangsposer som dem, der bruges i engangsbioreaktorer.
Udover dyrkning af veletablerede udødeliggjorte cellelinjer, kan celler fra primære eksplantater af mange organismer dyrkes i en begrænset periode, indtil modtagelighed opstår. Dyrkede primære celler har været meget brugt i forskning, som i tilfældet med fiskekeratocytter i cellemigrationsundersøgelser. Cellekulturmedier kan bruges i de flesteanderledes.
Plantecellekulturer dyrkes norm alt som cellesuspensionskulturer i flydende medier eller i calluskulturer på faste medier. Kulturen af udifferentierede planteceller og kalli kræver en ordentlig balance mellem plantevæksthormonerne auxin og cytokinin.
