Kultura stanica jako ovisi o uvjetima. Razlikuju se za svaku vrstu stanice, ali se obično sastoje od odgovarajuće posude sa supstratom ili medijem koji osigurava potrebne hranjive tvari (aminokiseline, ugljikohidrate, vitamine, minerale), čimbenike rasta, hormone i plinove (CO2, O2) i regulira fizičku aktivnost. -kemijsko okruženje (pH pufera, osmotski tlak, temperatura). Većina stanica zahtijeva površinski ili umjetni supstrat (ljepljiva ili jednoslojna kultura), dok se druge mogu slobodno razmnožavati u mediju kulture (kultura suspenzije). Životni vijek većine stanica genetski je određen, ali neke su stanične kulture pretvorene u besmrtne stanice koje će se razmnožavati neograničeno ako se stvore optimalni uvjeti.
Definicija
Sdefinicija je ovdje prilično jednostavna. U praksi se izraz "kultura stanica" sada odnosi na uzgoj stanica dobivenih od višestaničnih eukariota, posebno životinjskih stanica, za razliku od drugih vrsta kulture. Metode povijesnog razvoja i kulture usko su povezane s kulturom tkiva i kulturom organa. Kultura virusa je također povezana sa stanicama kao domaćinima za viruse.
Povijest
Laboratorijske tehnike za dobivanje i uzgoj stanica odvojenih od izvornog izvora tkiva postale su robusnije sredinom 20. stoljeća. Glavna otkrića u ovom području napravili su znanstvenici sa Sveučilišta Yale.
Proboj sredine stoljeća
Izvorno se prakticiralo dobivanje i uzgoj stanica kako bi se pronašla panaceja za mnoge opasne viruse. Brojni su istraživači otkrili da mnogi sojevi virusa mogu sigurno živjeti, napredovati i razmnožavati se na umjetno uzgojenim životinjskim stanicama ili čak cijelim organima koji se čuvaju autonomno u posebnim bocama. U pravilu se za takve testove koriste stanice organa životinja koje su što bliže ljudima – primjerice, viši primati poput čimpanza. Sva su ta otkrića napravljena 1940-ih, kada su eksperimenti na ljudima bili najrelevantniji iz određenih razloga.
Metodologija
Stanice se mogu izolirati iz tkiva za ex vivo kulturu na nekoliko načina. Lako se mogu očistiti od krvi, ali samo bijele stanice mogu rasti u kulturi. Stanice mogubiti izolirani iz čvrstih tkiva probavom ekstracelularnog matriksa korištenjem enzima kao što su kolagenaza, tripsin ili pronaza prije miješanja tkiva kako bi se stanice pustile u suspenziju. Alternativno, komadići tkiva mogu se staviti u medij za rast i stanice koje rastu su dostupne za kulturu. Ova metoda je poznata kao kultura eksplantata.
Stanice koje se uzgajaju izravno od subjekta poznate su kao primarne stanice. S iznimkom nekih dobivenih od tumora, većina primarnih staničnih kultura ima ograničen životni vijek.
Besmrtnici i matične stanice
Ustanovljena ili ovjekovječena stanična linija stekla je sposobnost neograničene reprodukcije, bilo nasumičnom mutacijom ili namjernom modifikacijom, kao što je umjetna ekspresija gena za telomerazu. Brojne stanične linije dobro su poznate kao tipični tipovi stanica.
Masovna kultura životinjskih staničnih linija temeljna je za proizvodnju virusnih cjepiva i drugih biotehnoloških proizvoda. Kultura ljudskih matičnih stanica koristi se za povećanje njihovog broja i diferenciranje stanica u različite vrste pogodne za transplantaciju. Kultura ljudskih (matičnih) stanica također se koristi za prikupljanje molekula i egzosoma koje otpuštaju matične stanice u terapeutske svrhe.
Veza s genetikom
Biološki proizvodi proizvedeni tehnologijom rekombinantne DNA (rDNA) u životinjskim kulturama uključujuenzimi, sintetski hormoni, imunobiološka (monoklonska antitijela, interleukini, limfokini) i antikancerogena sredstva. Dok se mnogi jednostavniji proteini mogu napraviti korištenjem rDNA u bakterijskim kulturama, složeniji proteini koji su glikozilirani (modificirani ugljikohidratima) trenutno se moraju proizvoditi u životinjskim stanicama.
Važan primjer tako složenog proteina je hormon eritropoetin. Troškovi uzgoja staničnih kultura sisavaca su visoki, pa su u tijeku istraživanja za stvaranje tako složenih proteina u stanicama kukaca ili u višim biljkama. Korištenje pojedinačnih embrionalnih stanica i somatskih embrija kao izvora izravnog prijenosa gena bombardiranjem česticama, ekspresije prolaznih gena i konfokalne mikroskopije jedna je od njegovih primjena. Kultura biljnih stanica najčešći je oblik ove prakse.
Kulture tkiva
Kultura tkiva je uzgoj tkiva ili stanica odvojenih od organizma. Ovaj se proces obično olakšava korištenjem tekućeg, polukrutog ili krutog medija za rast kao što je bujon ili agar. Kultura tkiva općenito se odnosi na kulturu životinjskih stanica i tkiva, s specifičnijim izrazom koji se koristi za biljke, kulturu biljnih stanica i tkiva. Termin "kultura tkiva" skovao je američki patolog Montrose Thomas Burroughs.
Povijest kulture tkiva
Godine 1885. Wilhelm Roux je uklonio dio medularne kostiploče fetalne piletine i nekoliko dana držali u toploj fiziološkoj otopini, uspostavljajući osnovni princip kulture tkiva. Godine 1907. zoolog Ross Granville Harrison demonstrirao je rast embrionalnih stanica žabe koje će dovesti do nastanka živčanih stanica u zgrušanoj limfi. Godine 1913. E. Steinhardt, C. Israel i R. A. Lambert uzgajali su virus vakcinije u fragmentima tkiva rogova zamorca. To je već bilo nešto mnogo naprednije od kulture biljnih stanica.
Iz prošlosti u budućnost
Gotlieb Haberlandt prvi je ukazao na mogućnost uzgoja izoliranih biljnih tkiva. Predložio je da se ovom metodom mogu odrediti sposobnosti pojedinih stanica kroz kulturu tkiva, kao i međusobni utjecaj tkiva jednih na druge. Kako su Haberlandove izvorne tvrdnje ostvarene, počele su se aktivno primjenjivati tehnike kulture tkiva i stanica, što je dovelo do novih otkrića u biologiji i medicini. Njegova izvorna ideja, predstavljena 1902., nazvana je totipotencijalnošću: "Teoretski, sve biljne stanice su sposobne proizvesti cjelovitu biljku." Uzgoj staničnih kultura u to je vrijeme dramatično napredovao.
U modernoj upotrebi, kultura tkiva općenito se odnosi na rast stanica iz tkiva višestaničnog organizma in vitro. Uvjeti stanične kulture u ovom slučaju nisu od velike važnosti. Ove stanice mogu biti izolirane iz organizma donora, primarnih stanica ili ovjekovječene stanične linije. Stanice se perumedij kulture koji sadrži hranjive tvari i izvore energije potrebne za njihov opstanak. Izraz "kultura tkiva" često se koristi naizmjenično sa staničnom kulturom.
Prijava
Doslovno značenje kulture tkiva odnosi se na uzgoj komada tkiva, tj. eksplantnu kulturu.
Kultura tkiva je važan alat za proučavanje biologije stanica iz višestaničnih organizama. Pruža in vitro model tkiva u dobro definiranom okruženju kojim se može lako manipulirati i analizirati.
U kulturi životinjskog tkiva, stanice se mogu uzgajati kao 2D monoslojevi (konvencionalna kultura) ili unutar vlaknastih skela ili gelova kako bi se postigle prirodnije 3D strukture nalik tkivu (3D kultura). Eric Simon, u izvješću o grantu NIH SBIR iz 1988., pokazao je da se elektropredenje može koristiti za proizvodnju skela od polimernih vlakana nano i submikronskog razmjera posebno dizajniranih za upotrebu kao supstrata stanica i tkiva in vitro.
Ova rana upotreba električno vodljivih mreža od vlakana za staničnu kulturu i inženjering tkiva pokazala je da se različite vrste stanica prianjaju i razmnožavaju na polikarbonatnim vlaknima. Uočeno je da, za razliku od spljoštene morfologije koja se tipično vidi u 2D kulturi, stanice uzgojene na vlaknima električnih kabela pokazuju zaobljeniju 3D morfologiju koja se tipično vidi u tkivima in vivo.
Kulturabiljno tkivo je posebno povezano s uzgojem cijelih biljaka iz malih komada biljnih vlakana uzgojenih u mediju.
Razlike u modelima
Istraživanje u tkivnom inženjerstvu, matičnim stanicama i molekularnoj biologiji prvenstveno uključuje uzgoj staničnih kultura na ravnim plastičnim posudama. Ova metoda poznata je kao dvodimenzionalna (2D) stanična kultura i prvi je razvio Wilhelm Roux, koji je 1885. uklonio dio medularne ploče embrionalne kokoši i držao je u toploj fiziološkoj otopini nekoliko dana na ravnom staklu.
Napretkom polimerne tehnologije, nastala je moderna standardna plastična posuda za dvodimenzionalnu staničnu kulturu, poznata kao petrijeva zdjela. Julius Richard Petri, njemački bakteriolog, koji se u znanstvenoj literaturi obično smatra izumiteljem ovog izuma, radio je kao asistent Robertu Kochu. Danas razni istraživači također koriste tikvice, čunjeve, pa čak i jednokratne vrećice poput onih koje se koriste u jednokratnim bioreaktorima.
Osim kulture dobro uspostavljenih ovjekovječenih staničnih linija, stanice iz primarnih eksplantata mnogih organizama mogu se uzgajati u ograničenom vremenskom razdoblju dok ne dođe do osjetljivosti. Kultivirane primarne stanice naširoko su korištene u istraživanjima, kao u slučaju keratocita riba u studijama migracije stanica. Medij stanične kulture može se koristiti u većinidrugačije.
Kulture biljnih stanica obično se uzgajaju kao kulture stanične suspenzije u tekućem mediju ili u kulturama kalusa na čvrstim medijima. Kultura nediferenciranih biljnih stanica i kalusa zahtijeva odgovarajuću ravnotežu biljnog hormona rasta auksina i citokinina.
