უჯრედების კულტურა დიდად არის დამოკიდებული პირობებზე. ისინი განსხვავდება თითოეული ტიპის უჯრედისთვის, მაგრამ, როგორც წესი, შედგება შესაფერისი ჭურჭლისგან სუბსტრატით ან გარემოთი, რომელიც უზრუნველყოფს საჭირო საკვებ ნივთიერებებს (ამინომჟავები, ნახშირწყლები, ვიტამინები, მინერალები), ზრდის ფაქტორები, ჰორმონები და აირები (CO2, O2) და არეგულირებს ფიზიკურ მდგომარეობას. -ქიმიური გარემო (ბუფერული pH, ოსმოსური წნევა, ტემპერატურა). უჯრედების უმეტესობას სჭირდება ზედაპირული ან ხელოვნური სუბსტრატი (წებოვანი ან ერთფენიანი კულტურა), ზოგი კი თავისუფლად შეიძლება გამრავლდეს კულტურულ გარემოში (სუსპენზიის კულტურა). უჯრედების უმეტესობის სიცოცხლის ხანგრძლივობა გენეტიკურად არის განსაზღვრული, მაგრამ ზოგიერთი უჯრედის კულტურა გარდაიქმნება უკვდავ უჯრედებად, რომლებიც გამრავლდებიან განუსაზღვრელი ვადით, თუ შეიქმნა ოპტიმალური პირობები.
განმარტება
Sგანმარტება აქ საკმაოდ მარტივია. პრაქტიკაში, ტერმინი "უჯრედების კულტურა" ახლა აღნიშნავს მრავალუჯრედოვანი ევკარიოტების, განსაკუთრებით ცხოველური უჯრედებისგან მიღებული უჯრედების გაშენებას, განსხვავებით სხვა ტიპის კულტურისგან. ისტორიული განვითარებისა და კულტურის მეთოდები მჭიდროდ არის დაკავშირებული ქსოვილების კულტურასთან და ორგანოთა კულტურასთან. ვირუსის კულტურა ასევე ასოცირდება უჯრედებთან, როგორც ვირუსების მასპინძლებთან.
ისტორია
ლაბორატორიული ტექნიკა პირველადი ქსოვილის წყაროდან გამოყოფილი უჯრედების მისაღებად და კულტივირებისთვის უფრო ძლიერი გახდა მე-20 საუკუნის შუა ხანებში. ამ სფეროში მთავარი გარღვევა იელის უნივერსიტეტის მეცნიერებმა გააკეთეს.
შუა საუკუნის გარღვევა
თავდაპირველად, უჯრედების მოპოვება და კულტივირება გამოიყენებოდა მრავალი საშიში ვირუსის პანაცეის პოვნის მიზნით. არაერთმა მკვლევარმა აღმოაჩინეს, რომ ვირუსების ბევრ შტამს შეუძლია უსაფრთხოდ იცხოვროს, აყვავდეს და გამრავლდეს ხელოვნურად გაზრდილ ცხოველურ უჯრედებზე ან თუნდაც მთლიან ორგანოებზე, რომლებიც დამოუკიდებლად ინახება სპეციალურ კოლბებში. როგორც წესი, ასეთი ტესტებისთვის გამოიყენება ცხოველების ორგანოების უჯრედები, რომლებიც რაც შეიძლება ახლოსაა ადამიანებთან - მაგალითად, უმაღლესი პრიმატები, როგორიცაა შიმპანზეები. ყველა ეს აღმოჩენა გაკეთდა 1940-იან წლებში, როდესაც ადამიანებზე ექსპერიმენტები ყველაზე აქტუალური იყო გარკვეული მიზეზების გამო.
მეთოდი
უჯრედები შეიძლება გამოიყოს ქსოვილებიდან ex vivo კულტურისთვის რამდენიმე გზით. მათი ადვილად გაწმენდა შესაძლებელია სისხლისაგან, მაგრამ მხოლოდ თეთრ უჯრედებს შეუძლიათ გამრავლება კულტურაში. უჯრედებს შეუძლიათიზოლირებული იყოს მყარი ქსოვილებიდან უჯრედშორისი მატრიქსის მონელების გზით ფერმენტების გამოყენებით, როგორიცაა კოლაგენაზა, ტრიპსინი ან პრონაზა, სანამ ქსოვილის აგზნებას მოახდენს უჯრედების სუსპენზიაში გათავისუფლების მიზნით. ალტერნატიულად, ქსოვილის ნაჭრები შეიძლება განთავსდეს ზრდის მედიაში და უჯრედები, რომლებიც იზრდება, ხელმისაწვდომია კულტურისთვის. ეს მეთოდი ცნობილია, როგორც ექსპლანტაციის კულტურა.
უჯრედები, რომლებიც კულტივირებულია უშუალოდ სუბიექტისგან, ცნობილია, როგორც პირველადი უჯრედები. სიმსივნისგან მიღებული ზოგიერთის გარდა, პირველადი უჯრედული კულტურების უმეტესობას აქვს შეზღუდული სიცოცხლის ხანგრძლივობა.
უკვდავები და ღეროვანი უჯრედები
დამკვიდრებულმა ან უკვდავებულმა უჯრედულმა ხაზმა შეიძინა განუსაზღვრელი ვადით გამრავლების უნარი, შემთხვევითი მუტაციის ან მიზანმიმართული მოდიფიკაციის გზით, როგორიცაა ტელომერაზას გენის ხელოვნური გამოხატვა. მრავალი უჯრედის ხაზი კარგად არის ცნობილი, როგორც ტიპიური უჯრედების ტიპები.
ცხოველთა უჯრედული ხაზების მასობრივი კულტურა ფუნდამენტურია ვირუსული ვაქცინების და სხვა ბიოტექნოლოგიური პროდუქტების წარმოებისთვის. ადამიანის ღეროვანი უჯრედების კულტურა გამოიყენება მათი რაოდენობის გასაფართოებლად და უჯრედების ტრანსპლანტაციისთვის შესაფერის სხვადასხვა ტიპებად დიფერენცირებისთვის. ადამიანის (ღეროვანი) უჯრედების კულტურა ასევე გამოიყენება ღეროვანი უჯრედების მიერ გამოთავისუფლებული მოლეკულების და ეგზოზომების შესაგროვებლად თერაპიული მიზნებისთვის.
კავშირი გენეტიკასთან
ბიოლოგიური პროდუქტები, რომლებიც წარმოიქმნება რეკომბინანტული დნმ (rDNA) ტექნოლოგიით ცხოველთა კულტურებში მოიცავსფერმენტები, სინთეზური ჰორმონები, იმუნობიოლოგიური (მონოკლონური ანტისხეულები, ინტერლეიკინები, ლიმფოკინები) და კიბოს საწინააღმდეგო აგენტები. მიუხედავად იმისა, რომ მრავალი მარტივი ცილის დამზადება შესაძლებელია rDNA-ს გამოყენებით ბაქტერიულ კულტურებში, უფრო რთული ცილები, რომლებიც გლიკოზილირებულია (შეცვლილი ნახშირწყლებით) ამჟამად ცხოველურ უჯრედებში უნდა იყოს დამზადებული.
ასეთი რთული ცილის მნიშვნელოვანი მაგალითია ჰორმონი ერითროპოეტინი. ძუძუმწოვრების უჯრედების კულტურების ზრდის ხარჯები მაღალია, ამიტომ მიმდინარეობს კვლევა მწერების უჯრედებში ან მაღალ მცენარეებში ასეთი რთული ცილების შესაქმნელად. ერთი ემბრიონული უჯრედების და სომატური ემბრიონების გამოყენება, როგორც გენის პირდაპირი გადაცემის წყარო ნაწილაკების დაბომბვით, გარდამავალი გენების გამოხატვისა და კონფოკალური მიკროსკოპის ერთ-ერთი გამოყენებაა. მცენარეთა უჯრედების კულტურა ამ პრაქტიკის ყველაზე გავრცელებული ფორმაა.
ქსოვილის კულტურები
ქსოვილის კულტურა არის ორგანიზმიდან გამოყოფილი ქსოვილების ან უჯრედების გაშენება. ეს პროცესი ჩვეულებრივ გაადვილებულია თხევადი, ნახევრად მყარი ან მყარი ზრდის საშუალების გამოყენებით, როგორიცაა ბულიონი ან აგარი. ქსოვილის კულტურა ზოგადად ეხება ცხოველური უჯრედების და ქსოვილების კულტურას, უფრო სპეციფიკური ტერმინი გამოიყენება მცენარეებისთვის, მცენარეული უჯრედებისა და ქსოვილების კულტურისთვის. ტერმინი „ქსოვილის კულტურა“შემოიღო ამერიკელმა პათოლოგი მონტროზ თომას ბაროუზმა.
ქსოვილის კულტურის ისტორია
1885 წელს ვილჰელმ რუმ ამოიღო მედულარული ნაწილინაყოფის ქათმის ფირფიტები და შეინახეთ იგი თბილ მარილიან ხსნარში რამდენიმე დღის განმავლობაში, რაც ადგენს ქსოვილის კულტურის ძირითად პრინციპს. 1907 წელს ზოოლოგმა როს გრანვილ ჰარისონმა აჩვენა ემბრიონის ბაყაყის უჯრედების ზრდა, რომლებიც წარმოქმნიდნენ ნერვულ უჯრედებს შედედებულ ლიმფში. 1913 წელს E. Steinhardt-მა, C. Israel-მა და R. A. Lambert-მა გააშენეს ვაქცინიის ვირუსი ზღვის ღორის რქის ქსოვილის ფრაგმენტებში. ეს უკვე რაღაც ბევრად უფრო მოწინავე იყო, ვიდრე მცენარეული უჯრედების კულტურა.
წარსულიდან მომავალამდე
გოტლიბ ჰაბერლანტი იყო პირველი, ვინც აღნიშნა მცენარეთა იზოლირებული ქსოვილების გაშენების შესაძლებლობაზე. მან შესთავაზა, რომ ამ მეთოდს შეუძლია განსაზღვროს ცალკეული უჯრედების შესაძლებლობები ქსოვილის კულტურის მეშვეობით, ისევე როგორც ქსოვილების ურთიერთგავლენა ერთმანეთზე. როგორც ჰაბერლანდის თავდაპირველი პრეტენზიები განხორციელდა, დაიწყო ქსოვილებისა და უჯრედების კულტურის ტექნიკის აქტიური გამოყენება, რამაც გამოიწვია ახალი აღმოჩენები ბიოლოგიასა და მედიცინაში. მის თავდაპირველ იდეას, რომელიც წარმოდგენილი იყო 1902 წელს, ეწოდა ტოტიპოტენციალურობა: „თეორიულად, მცენარეთა ყველა უჯრედს შეუძლია სრული მცენარის წარმოქმნა“. უჯრედული კულტურების კულტივაცია იმ დროს მკვეთრად განვითარდა.
თანამედროვე გამოყენებაში ქსოვილის კულტურა ზოგადად გულისხმობს უჯრედების ზრდას მრავალუჯრედიანი ორგანიზმის ქსოვილიდან in vitro. უჯრედის კულტურის პირობები ამ შემთხვევაში არ არის ძალიან მნიშვნელოვანი. ეს უჯრედები შეიძლება იზოლირებული იყოს დონორი ორგანიზმიდან, პირველადი უჯრედებიდან ან უკვდავებული უჯრედული ხაზისგან. უჯრედები ირეცხებაკულტურის საშუალება, რომელიც შეიცავს საკვებ ნივთიერებებს და ენერგიის წყაროებს, რომლებიც აუცილებელია მათი გადარჩენისთვის. ტერმინი "ქსოვილის კულტურა" ხშირად გამოიყენება უჯრედულ კულტურასთან ურთიერთშენაცვლებით.
აპლიკაცია
ქსოვილის კულტურის პირდაპირი მნიშვნელობა ეხება ქსოვილის ნაჭრების კულტივირებას, ანუ ექსპლანტაციის კულტურას.
ქსოვილის კულტურა მნიშვნელოვანი ინსტრუმენტია მრავალუჯრედიანი ორგანიზმების უჯრედების ბიოლოგიის შესასწავლად. ის უზრუნველყოფს ინ ვიტრო ქსოვილის მოდელს კარგად განსაზღვრულ გარემოში, რომლის ადვილად მანიპულირება და ანალიზი შესაძლებელია.
ცხოველთა ქსოვილის კულტურაში უჯრედები შეიძლება გაიზარდოს ორგანზომილებიანი მონოფენების სახით (ჩვეულებრივი კულტურა) ან ბოჭკოვანი ხარაჩოების ან გელების შიგნით უფრო ნატურალისტური 3D ქსოვილის მსგავსი სტრუქტურების მისაღწევად (3D კულტურა). ერიკ საიმონმა, 1988 წლის NIH SBIR საგრანტო ანგარიშში, აჩვენა, რომ ელექტროსპინინგი შეიძლება გამოყენებულ იქნას ნანო და ქვემიკრონული მასშტაბის პოლიმერული ბოჭკოვანი ხარაჩოების წარმოებისთვის, რომლებიც სპეციალურად შექმნილია უჯრედისა და ქსოვილის სუბსტრატად გამოსაყენებლად in vitro.
ელექტრონულად გამტარ ბოჭკოვან ბადეების ამ ადრეულმა გამოყენებამ უჯრედების კულტურისა და ქსოვილის ინჟინერიისთვის აჩვენა, რომ სხვადასხვა ტიპის უჯრედები ამაგრებენ და მრავლდებიან პოლიკარბონატის ბოჭკოებზე. დაფიქსირდა, რომ გაბრტყელებული მორფოლოგიისგან განსხვავებით, როგორც წესი, ჩანს 2D კულტურაში, ელექტრო კაბელის ბოჭკოებზე გაზრდილი უჯრედები აჩვენებენ უფრო მომრგვალებულ 3D მორფოლოგიას, როგორც წესი, ჩანს in vivo ქსოვილებში.
კულტურამცენარეული ქსოვილი, კერძოდ, დაკავშირებულია მთლიანი მცენარეების ზრდასთან, მცენარეული ბოჭკოების მცირე ნაჭრებიდან, რომლებიც კულტივირებულია საშუალო გარემოში.
განსხვავებები მოდელებში
კვლევა ქსოვილის ინჟინერიაში, ღეროვან უჯრედებსა და მოლეკულურ ბიოლოგიაში, უპირველეს ყოვლისა, გულისხმობს უჯრედული კულტურების ზრდას ბრტყელ პლასტმასის ჭურჭელზე. ეს მეთოდი ცნობილია, როგორც ორგანზომილებიანი (2D) უჯრედების კულტურა და პირველად შეიმუშავა ვილჰელმ რუქსმა, რომელმაც 1885 წელს ამოიღო ჩანასახის ქათმის მედულარული ფირფიტის ნაწილი და შეინახა იგი თბილ ხსნარში რამდენიმე დღის განმავლობაში ბრტყელ მინაზე.
პოლიმერული ტექნოლოგიის წინსვლის შედეგად გაჩნდა თანამედროვე სტანდარტის პლასტიკური ჭურჭელი ორგანზომილებიანი უჯრედული კულტურისთვის, საყოველთაოდ ცნობილი როგორც პეტრი კერძი. იულიუს რიჩარდ პეტრი, გერმანელი ბაქტერიოლოგი, რომელიც ჩვეულებრივ სამეცნიერო ლიტერატურაში ამ გამოგონების გამომგონებლად ითვლება, მუშაობდა რობერტ კოხის ასისტენტად. დღეს, სხვადასხვა მკვლევარი ასევე იყენებს კულტურის კოლბებს, კონუსებს და ერთჯერადი ჩანთებსაც კი, როგორიცაა ერთჯერადი ბიორეაქტორები.
კარგად ჩამოყალიბებული უკვდავებული უჯრედული ხაზების კულტურის გარდა, მრავალი ორგანიზმის პირველადი ექსპლანტაციის უჯრედები შეიძლება კულტივირებული იყოს გარკვეული პერიოდის განმავლობაში, სანამ არ მოხდება მგრძნობელობა. კულტივირებული პირველადი უჯრედები ფართოდ იქნა გამოყენებული კვლევებში, როგორც თევზის კერატოციტების შემთხვევაში უჯრედების მიგრაციის კვლევებში. უჯრედის კულტურის მედია შეიძლება გამოყენებულ იქნას უმეტესობაშიგანსხვავებული.
მცენარის უჯრედების კულტურები ჩვეულებრივ იზრდებიან როგორც უჯრედის სუსპენზიის კულტურები თხევად გარემოში ან კალუსების კულტურებში მყარ გარემოზე. არადიფერენცირებული მცენარეული უჯრედების და კალიების კულტურა მოითხოვს მცენარის ზრდის ჰორმონების აუქსინისა და ციტოკინინის სათანადო ბალანსს.
