Cell kultur

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 24 maj 2021; kontroller kräver 5 redigeringar .

Cellodling är en process genom vilken enstaka celler (eller en enda cell) av prokaryoter och eukaryoter odlas in vitro under kontrollerade förhållanden . I praktiken hänvisar termen " cellkultur " huvudsakligen till odling av envävnadsceller härledda från flercelliga eukaryoter, oftast djur. Den historiska utvecklingen av teknologi och tekniker för att odla cellkulturer är oupplösligt kopplad till odling av vävnadskulturer och hela organ.

Historik

På 1800-talet utvecklade den engelske fysiologen S. Ringer en koksaltlösning [1] innehållande natrium-, kalium-, kalcium- och magnesiumklorider för att bibehålla djurens hjärtslag utanför kroppen. År 1885 etablerade Wilhelm Roux principen om vävnadsodling, tog bort en del av benmärgen från ett kycklingembryo och höll det i varm saltlösning i flera dagar [2] . Ross Granville Harrison , som arbetade vid Johns Hopkins School of Medicine och senare vid Yale University , publicerade resultaten av sina experiment 1907-1910 och skapade en metodik för vävnadsodling. År 1910 inducerade Peyton Rous , som arbetade med kycklingsarkomcellkultur , bildandet av tumörer hos friska djur. Detta ledde senare till upptäckten av onkogena virus ( Nobelpriset i fysiologi eller medicin 1966).

Cellodlingstekniker utvecklades avsevärt under 1940- och 1950-talen i samband med forskning inom virologiområdet. Odlingen av virus i cellkulturer gjorde det möjligt att erhålla rent virusmaterial för framställning av vacciner. Poliovaccinet var ett av de första läkemedlen som massproducerades med hjälp av cellodlingsteknik. 1954 fick Enders , Weller och Robbins Nobelpriset " för deras upptäckt av poliovirusets förmåga att växa i kulturer av olika vävnader." År 1952 utvecklades den välkända humana cancercellinjen HeLa .

Grundläggande principer för odling

Cellisolering

För odling utanför kroppen kan levande celler erhållas på flera sätt. Celler kan isoleras från blod, men endast leukocyter kan växa i kultur. Mononukleära celler kan isoleras från mjuka vävnader med hjälp av enzymer som kollagenas , trypsin , pronas som förstör den extracellulära matrisen [3] . Dessutom kan bitar av vävnader och material placeras i näringsmediet.

Cellkulturer tagna direkt från föremålet ( ex vivo ) kallas primära [4] . De flesta primärceller, med undantag för tumörceller, har en begränsad livslängd. Efter ett visst antal delningar blir sådana celler gamla och slutar dela sig, även om de fortfarande kan förbli livskraftiga.

Det finns odödliga ("odödliga") cellinjer som kan föröka sig på obestämd tid. I de flesta tumörceller är denna förmåga resultatet av en slumpmässig mutation , men i vissa laboratoriecellinjer förvärvas den på konstgjord väg genom att aktivera telomerasgenen [5] [6] .

Cellkultur

Celler odlas i speciella näringsmedier vid konstant temperatur. För växtcellsodlingar används kontrollerad belysning och för däggdjursceller krävs vanligtvis också en speciell gasmiljö, upprätthållen i en cellkulturinkubator [7] [8] . Som regel regleras koncentrationen av koldioxid och vattenånga i luften, men ibland även syre. Näringsmedier för olika cellkulturer skiljer sig åt i sammansättning, pH , glukoskoncentration , sammansättning av tillväxtfaktorer, etc. [9] . Tillväxtfaktorer som används i däggdjurscellodlingsmedia tillsätts oftast tillsammans med blodserum . En av riskfaktorerna i detta fall är möjligheten till infektion av cellkulturen med prioner eller virus. Vid odling är en av de viktiga uppgifterna att undvika eller minimera användningen av kontaminerade ingredienser. Men i praktiken uppnås detta inte alltid. Det bästa, men också det dyraste sättet är att tillsätta renade tillväxtfaktorer istället för serum [10] .

Celler kan odlas i suspension eller i ett vidhäftande tillstånd. Vissa celler (som blodkroppar ) finns naturligt i suspension. Det finns också cellinjer som är artificiellt modifierade så att de inte kan fästa på ytor; detta görs för att öka tätheten av celler i kulturen. Tillväxt av vidhäftande celler kräver en yta, såsom vävnadskultur, eller plast belagd med extracellulära matriselement för att förbättra vidhäftningsegenskaperna, samt för att stimulera tillväxt och differentiering. De flesta mjuk- och hårdvävnadsceller är vidhäftande. Från den adhesiva kulturen urskiljs organotypiska cellkulturer, som är en tredimensionell miljö, till skillnad från konventionella laboratorieglas. Detta odlingssystem är fysiskt och biokemiskt mest likt levande vävnader, men har vissa tekniska svårigheter att underhålla (till exempel behöver det diffusion). För att tillhandahålla de nödvändiga fysiska förutsättningarna för att odla adhesiva kulturer och befolka volymen av den extracellulära matrisen av vävnadstekniska strukturer, används dynamiska odlingssystem [11] baserade på roterande och virvelbioreaktorer, bioreaktorer med direkt kontakt med ställningen: kompressionsbioreaktorer , bioreaktorer med mekanisk spänning och hydrostatiskt tryck, speciella bioreaktorer för elektrisk stimulering av celler och vävnader, samt kombinerade bioreaktorer [12] .

Korskontaminering av cellinjer

När de arbetar med cellkulturer kan forskare möta problemet med korskontaminering.

Funktioner hos växande celler

När celler växer, på grund av konstant delning, kan deras överflöd i kultur uppstå, och som ett resultat uppstår följande problem:

För att upprätthålla den normala funktionen av cellkulturer, såväl som för att förhindra negativa fenomen, ersätts näringsmediet med jämna mellanrum, celler passeras och transfekteras . För att undvika kontaminering av kulturer med bakterier, jäst eller andra cellinjer, utförs alla manipulationer vanligtvis under aseptiska förhållanden i en steril låda. Antibiotika ( penicillin , streptomycin ) och svampdödande medel ( amfotericin B ) kan tillsättas till odlingsmediet för att undertrycka mikrofloran .

En av produkterna av metabolism i celler är syror, vilket resulterar i att mediets pH gradvis minskar. För att kontrollera surheten i näringsmedier läggs pH-indikatorer till dem .

Om cellkulturen är vidhäftande kan näringsmediet bytas ut helt.

Passage av celler

Passage (separering) av celler  är valet av ett litet antal celler för tillväxt i ett annat laboratoriekärl. Om kulturen växer snabbt måste detta göras regelbundet, eftersom näringsämnen utarmas i mediet och metaboliska produkter ackumuleras . Suspensionskulturer är lättare att passera, eftersom det räcker att bara välja önskat antal celler, placera dem i andra kärl och lägga till färskt näringsmedium. Vidhäftande celler bör separeras från substratet innan detta och deras kluster bör separeras. Oftast används en blandning av trypsin och EDTA eller andra enzymblandningar för detta ändamål , ibland räcker endast EDTA i fysiologisk saltlösning (Versens lösning). Om kulturen växer långsamt, matas den vanligtvis utan att överföras till ett annat kärl, då regelbundet (vanligtvis en gång var 2-3 dag) tas bort en del av det använda mediet och tillsätts färskt.

Transfektion och transduktion

Främmande DNA kan införas i celler under deras odling genom transfektion (icke-viral metod). Denna teknik används ofta för kontrollerat genuttryck . Relativt nyligen har mRNA -transfektion framgångsrikt implementerats för dessa ändamål .

DNA kan också införas i cellens genom av virus eller bakteriofager . De, som är intracellulära parasiter, är bäst lämpade för dessa ändamål, eftersom införandet av genetiskt material i värdcellen är en normal del av deras livscykel [13] . Denna metod kallas transduktion .

Mänskliga cellinjer

Odlingen av mänskliga celler strider lite mot bioetiska regler , eftersom celler som odlas isolerat kan överleva moderorganismen och sedan användas för att utföra experiment eller för att utveckla nya behandlingar och dra nytta av det. Det första domstolsbeslutet på detta område meddelades i Kaliforniens högsta domstol i John Moore v. University of California , enligt vilket patienter inte har någon äganderätt till cellinjer som erhållits från organ som tagits bort med deras samtycke [14] .

Hybridom

Ett hybridom  är en cellinje som är resultatet av fusionen av normala lymfocyter med "odödliga" cancerceller. Används för att producera monoklonala antikroppar . Leukocyter som isolerats från mjälten eller blodet från immuniserade djur producerar antikroppar med den erforderliga specificiteten, men som med alla primärkulturer är deras förmåga att föröka sig begränsad av Hayflick-gränsen . För immortalisering sammansmälts de artificiellt med en "odödlig" myelomcellinje , vilket resulterar i en rekombination av egenskaper. Därefter klonas linjen och kloner selekteras som samtidigt kan obegränsad proliferation och producera antikroppar mot det utvalda antigenet .

Användning av cellkulturer

Masscellskultur är grunden för industriell produktion av virala vacciner och en mängd olika bioteknologiska produkter .

Bioteknologiska produkter

En industriell metod från cellkulturer producerar produkter som enzymer , syntetiska hormoner , monoklonala antikroppar , interleukiner , lymfokiner , antitumörläkemedel . Även om många enkla proteiner relativt enkelt kan erhållas med rDNA i bakteriekulturer, kan mer komplexa proteiner såsom glykoproteiner för närvarande endast erhållas från djurceller. Ett av dessa viktiga proteiner är hormonet erytropoietin . Kostnaden för att odla däggdjurscellkulturer är ganska hög, så det pågår för närvarande forskning om möjligheten att producera komplexa proteiner i insekter eller högre växtcellskulturer .

Vävnadskulturer

Cellodling är en integrerad del av vävnadsodlingsteknik och vävnadsteknik, eftersom den definierar grunden för att odla celler och bibehålla dem i ett livskraftigt tillstånd ex vivo .

Vacciner

Med hjälp av cellodlingstekniker produceras för närvarande vacciner mot polio , mässling , påssjuka , röda hund och vattkoppor . På grund av hotet om en influensapandemi orsakad av H5N1-stammen av viruset finansierar USA:s regering för närvarande forskning om ett fågelinfluensavaccin med hjälp av cellkulturer.

Icke-däggdjurscellkulturer

Växtcellskulturer

Växtcellskulturer odlas vanligtvis antingen som en suspension i ett flytande näringsmedium eller som en kalluskultur på en fast näringsbas. Odling av odifferentierade celler och förhårdnader kräver att man upprätthåller en viss balans av växternas tillväxthormoner auxiner och cytokininer .

Bakterie-, jästkulturer

För odling av ett litet antal bakterie- och jästceller stryks cellerna på ett fast näringsmedium baserat på gelatin eller agar-agar . För massproduktion används odling i flytande näringsmedia (buljonger).

Virala kulturer

Viruskulturer odlas i däggdjurs- , växt- , svamp- eller bakteriecellskulturer , beroende på den naturliga värden för den speciella typen av virus . Men under vissa förhållanden kan de odlas i celler av en annan typ.

I detta fall tjänar själva cellkulturen som ett medium för tillväxt och replikering av viruset.

Typer av cellinjer

Kort lista över cellinjer

Listan över de vanligaste cellinjerna som ges här är inte på något sätt uttömmande.

cellinje Förklaring av förkortningen organism Textil Morfologi Anteckningar och länkar
293-T mänsklig njure (embryonal) Kommer från HEK-293 ECACC
3T3-celler "3-dagars överföring, inokulum 3 x 105 celler" mus embryonala fibroblaster Även känd som NIH 3T3 CLS ECACC
721 mänsklig melanom
9L råtta glioblastom
A2780 mänsklig äggstock äggstockscancer ECACC
A2780ADR mänsklig äggstock derivat av A2780 med resistens mot adriamycin ECACC
A2780cis mänsklig äggstock cisplatinresistent derivat av A2780 ECACC
A172 mänsklig glioblastom malignt gliom CLS ECACC
A431 mänsklig hudepitel skivepitelcancer CLS ECACC cellinjedatabas
A-549 mänsklig lungkarcinom epitel CLS DSMZ ECACC
B35 råtta neuroblastom ATCC  (inte tillgänglig länk)
BCP-1 mänsklig perifera leukocyter HIV+ lymfom ATCC
BEAS-2B bronkial epitel + adenovirus 12-SV40 virushybrid (Ad12SV40) mänsklig lungorna epitel ATCC  (inte tillgänglig länk)
böja.3 hjärnans endotel mus bark endotel ATCC
BHK-21 "Baby Hamster Kidney" hamster knopp fibroblaster CLS ECACC Olympus Arkiverad 27 december 2009 på Wayback Machine
BR 293 mänsklig bröst kräfta
BxPC3 Biopsi xenograf av pankreascancer linje 3 mänsklig pankreatisk adenokarcinom epitel ATCC  (inte tillgänglig länk)
C3H-10T1/2 mus embryonala mesenkymala celler ECACC
C6/36 Aedes albopictus (mygga) larvvävnader ECACC
CHO Kinesisk hamster äggstock grå hamster (Cricetulus griseus) äggstock epitel CLS ECACC ICLC  (inte tillgänglig länk)
COR-L23 mänsklig lungorna ECACC
COR-L23/HLR mänsklig lungorna ECACC
COR-L23/5010 mänsklig lungorna ECACC
COR-L23/R23 mänsklig lungorna epitel ECACC
COS-7 Cercopithecus aethiops, ursprungsdefekt SV-40 apa Cercopithecus aethiops knopp fibroblaster CLS ECACC ATCC
CML T1 Kronisk myelod leukemi T-lymfocyt 1 mänsklig kronisk myeloid leukemi T-cellsleukemi Blod
CMT brösttumör hos hund hund bröst epitel
D17 hund osteosarkom ECACC
DH82 hund histiocytos monocyter/makrofager ECACC

J Vir Meth

DU145 mänsklig carcinom prostata CLS
DuCaP Dura mater cancer i prostata mänsklig metastaserande prostatacancer epitel 11317521
EL4 mus T-cellsleukemi ECACC
EMT6/AR1 mus bröst epitel ECACC
EMT6/AR10.0 mus bröst epitel ECACC
FM3 mänsklig metastaser till en lymfkörtel melanom
H1299 mänsklig lungorna kräfta
H69 mänsklig lungorna ECACC
HB54 hybridom hybridom utsöndrar MA2.1 mAb (mot HLA-A2 och HLA-B17) Journal of Immunology
HB55 hybridom hybridom utsöndrar L243 mAb (mot HLA-DR) Human Immunology
HCA2 mänsklig fibroblaster Journal of General Virology
HEK-293 mänsklig embryonal njure mänsklig njure (embryonal) epitel CLS ATCC
HeLa Henrietta saknar mänsklig livmoderhalscancer epitel CLS DSMZ ECACC
Hepa1c1c7 klon 7 av klon 1 hepatom linje 1 mus hepatom epitel ECACC

ATCC  (inte tillgänglig länk)

HL-60 human leukemi mänsklig myeloblaster blod celler CLS ECACC DSMZ
HMEC human bröstepitelcell mänsklig epitel ECACC
HT-29 mänsklig tjocktarmsepitel adenokarcinom HT-29 ECACC

Celllinjedatabas

Jurkat mänsklig T-cellsleukemi vita blod celler ECACC

DSMZ

JY mänsklig lymfoblaster B-celler immortaliserade av EBV
K562 mänsklig lymfoblaster kronisk myeloid leukemi CLS ECACC
Ku812 mänsklig lymfoblaster erytroleukemi ECACC

LGC-standarder

KCL22 mänsklig lymfoblaster kronisk myeloid leukemi
KYO1 Kyoto 1 mänsklig lymfoblaster kronisk myeloid leukemi DSMZ
LNCap Lymfkörtelcancer i prostata mänsklig prostataadenokarcinom epitel CLS ECACC ATCC  (inte tillgänglig länk)
Ma-Mel 1, 2, 3….48 mänsklig melanomcellinjer
MC-38 mus adenokarcinom
MCF-7 Michigan Cancer Foundation-7 mänsklig bröst invasivt duktalt karcinom i bröstet ER+, PR+ CLS
MCF-10A Michigan Cancer Foundation mänsklig bröst epitel ATCC
MDA-MB-231 MD Anderson-metastaserande bröst mänsklig bröst kräfta ECACC
MDA-MB-468 MD Anderson-metastaserande bröst mänsklig bröst kräfta ECACC
MDA-MB-435 MD Anderson-metastaserande bröst mänsklig bröst melanom eller karcinom (ingen konsensus) Cambridge Pathology ECACC
MDCK II Madin Darby hundnjure hund knopp epitel CLS ECACC ATCC
MOR/0,2R mänsklig lungorna ECACC
NCI-H69/HLR mänsklig lungorna ECACC
NCI-H69/LX10 mänsklig lungorna ECACC
NCI-H69/LX20 mänsklig lungorna ECACC
NCI-H69/LX4 mänsklig lungorna ECACC
NIH-3T3 National Institutes of Health, 3-dagars överföring, inokulum 3 x 10 5 celler mus embryo fibroblaster CLS ECACC ATCC
NALM-1 perifert blod kronisk myeloid leukemi Cancergenetik och cytogenetik
NW-145 melanom ESTDAB Arkiverad 16 november 2011 på Wayback Machine
OPCN/OPCT Onyvax [1] Prostatacancer…. mänsklig prostatacancercellinjer Asterand Arkiverad 7 juli 2011 på Wayback Machine
jämlikar mänsklig T-cellsleukemi DSMZ
PNT-1A / PNT 2 prostatacancercellinjer ECACC
RenCa Njurkarcinom mus njurkarcinom CLS
RIN-5F mus bukspottkörteln
RMA/RMAS mus T-cellscancer
Saos-2 mänsklig osteoxarkom CLS ECACC
Sf-9 Spodoptera frugiperda fjäril Spodoptera frugiperda äggstock CLS DSMZ ECACC
SkBr3 mänsklig bröstkarcinom CLS
T2 mänsklig hybridom av B-celler och T-cellsleukemi DSMZ
T-47D mänsklig bröst kanalkarcinom CLS
T84 mänsklig tjocktarmscancer/lungmetastaser epitel [2] ECACC ATCC
THP1 mänsklig monocyter akut myeloid leukemi CLS ECACC
U373 mänsklig glioblastom-astrocytom epitel
U87 mänsklig glioblastom-astrocytom epitel CLS Abcam
U937 mänsklig leukemiskt monocytiskt lymfom CLS ECACC
VCaP Kota Prostatacancer mänsklig metastaserande prostatacancer epitel ECACC ATCC Arkiverad 19 februari 2012 på Wayback Machine
Vero 'Vera Reno' ('grön knopp') / 'Vero' ('sant') Afrikansk grön apa njurepitel CLS ECACC
WM39 mänsklig läder- primärt melanom
WT-49 mänsklig lymfoblaster
X63 mus melanom
YAC-1 mus lymfom Celllinjedatabas CLS ECACC
YAR mänsklig B-lymfocyter transformerad EBV [3] Human Immunology Arkiverad 20 september 2008 på Wayback Machine

Se även

Anteckningar

  1. ↑ Ringers lösning
  2. ↑ Arkiverad kopia (länk ej tillgänglig) . Hämtad 24 mars 2009. Arkiverad från originalet 1 september 2006. 
  3. ↑ Celler kan isoleras från vävnader och delas in i olika typer (otillgänglig länk) . Datum för åtkomst: 24 mars 2009. Arkiverad från originalet 26 maj 2009. 
  4. ↑ Laboratorium. Odling av celler och vävnader . www.primer.ru (2003). Hämtad 27 mars 2010. Arkiverad från originalet 10 maj 2003.
  5. ↑ Telomeras . Mörk materia (15 september 2006). Hämtad: 27 mars 2010.
  6. ↑ Maqsood MI, Matin MM, Bahrami AR, Ghasroldasht MM (2013). Cellinjers odödlighet: utmaningar och fördelar med etablering. Cell Biology International. 37(10), 1038–1045. doi : 10.1002/cbin.10137 PMID 23723166
  7. ↑ Binder CO2-inkubatorer (Tyskland) . Techservice . Hämtad 27 mars 2010. Arkiverad från originalet 19 november 2012.
  8. ↑ Laboratorieutrustning och förbrukningsmaterial. Inkubatorer (2007). Hämtad 27 mars 2010. Arkiverad från originalet 8 juni 2012.
  9. ↑ Med hjälp av media av en viss kemisk sammansättning kan specifika tillväxtfaktorer identifieras (otillgänglig länk) . Hämtad 24 mars 2009. Arkiverad från originalet 10 november 2007. 
  10. ↑ LipiMAX renad lipoproteinlösning från bovint serum . Selborne Biological Services (2006). Hämtad 27 mars 2010. Arkiverad från originalet 8 juni 2012.
  11. ↑ Lundup A.V., Demchenko A.G., Tenchurin T.Kh., Krasheninnikov M.E., Klabukov I.D., Shepelev A.D., Mamagulashvili V.G., Oganesyan R.V., Orekhov A.S., Chvalun S.N., Dyuzheva T.G. Förbättring av effektiviteten av kolonisering av biologiskt nedbrytbara matriser av stroma- och epitelceller under dynamisk odling  // Gener and Cells. - 2016. - T. 11 , nr 3 . - S. 102-107 . — ISSN 2313-1829 .
  12. ↑ Guller A.E., Grebenyuk P.N., Shekhter A.B., Zvyagin A.V., Deev S.M. Vävnadskonstruktion av tumörer med hjälp av bioreaktorteknologier  // Acta Naturae (rysk version). - 2016. - T. 8 , nr 3 . - S. 49-65 . — ISSN 2075-8243 .
  13. ↑ Mekanism för virusinfektion
  14. ↑ V. Bogomolova. Vem äger vår kropp? . Arcanus (3 augusti 2009). Hämtad 27 mars 2010. Arkiverad från originalet 5 mars 2016.

Länkar

  Gå till Wikidata-objektet  Ordböcker och uppslagsverk
I bibliografiska kataloger