El cultiu cel·lular depèn molt de les condicions. Varien per a cada tipus de cèl·lula, però acostumen a consistir en un vas adequat amb un substrat o medi que aporti els nutrients necessaris (aminoàcids, hidrats de carboni, vitamines, minerals), factors de creixement, hormones i gasos (CO2, O2) i que reguli la funció física. -ambient químic (pH tampó, pressió osmòtica, temperatura). La majoria de cèl·lules requereixen una superfície o substrat artificial (cultiu adhesiu o monocapa), mentre que altres es poden propagar lliurement en un medi de cultiu (cultiu en suspensió). La vida útil de la majoria de cèl·lules està determinada genèticament, però alguns cultius cel·lulars s'han transformat en cèl·lules immortals que es reproduiran indefinidament si es creen les condicions òptimes.
Definició
Sla definició aquí és bastant senzilla. A la pràctica, el terme "cultiu cel·lular" es refereix ara al cultiu de cèl·lules derivades d'eucariotes pluricel·lulars, especialment cèl·lules animals, a diferència d' altres tipus de cultiu. El desenvolupament històric i els mètodes de cultiu estan estretament relacionats amb el cultiu de teixits i el cultiu d'òrgans. El cultiu de virus també s'associa amb cèl·lules com a hostes de virus.
Història
Les tècniques de laboratori per obtenir i cultivar cèl·lules separades de la font de teixit original es van fer més robustes a mitjans del segle XX. Els principals avenços en aquesta àrea els van fer científics de la Universitat de Yale.
Avenç de mitjan segle
Originalment, l'obtenció i el cultiu de cèl·lules es practicava per trobar una panacea per a molts virus perillosos. Diversos investigadors han descobert que moltes soques de virus poden viure, prosperar i multiplicar-se amb seguretat en cèl·lules animals cultivades artificialment o fins i tot en òrgans sencers que es mantenen de manera autònoma en flascons especials. Per regla general, per a aquestes proves s'utilitzen cèl·lules d'òrgans d'animals tan propers com sigui possible als humans, per exemple, primats superiors com els ximpanzés. Tots aquests descobriments es van fer a la dècada de 1940, quan els experiments amb persones eren més rellevants per determinades raons.
Metodologia
Les cèl·lules es poden aïllar dels teixits per al cultiu ex vivo de diverses maneres. Es poden eliminar fàcilment de la sang, però només els glòbuls blancs són capaços de créixer en cultiu. Les cèl·lules podenaïllar-se dels teixits sòlids mitjançant la digestió de la matriu extracel·lular utilitzant enzims com col·lagenasa, tripsina o pronasa abans d'agitar el teixit per alliberar les cèl·lules en suspensió. Alternativament, es poden col·locar trossos de teixit en medis de creixement i les cèl·lules que creixen estan disponibles per al cultiu. Aquest mètode es coneix com a cultiu d'explants.
Les cèl·lules que es cultiven directament del subjecte es coneixen com a cèl·lules primàries. Amb l'excepció d'alguns derivats de tumors, la majoria dels cultius cel·lulars primaris tenen una vida útil limitada.
Immortals i cèl·lules mare
Una línia cel·lular establerta o immortalitzada ha adquirit la capacitat de reproduir-se indefinidament, ja sigui mitjançant mutacions aleatòries o modificacions deliberades, com ara l'expressió artificial del gen de la telomerasa. Nombroses línies cel·lulars són ben conegudes com a tipus cel·lular típic.
El cultiu massiu de línies de cèl·lules animals és fonamental per a la producció de vacunes virals i altres productes biotecnològics. El cultiu de cèl·lules mare humanes s'utilitza per ampliar el seu nombre i diferenciar cèl·lules en diferents tipus aptes per al trasplantament. El cultiu de cèl·lules mare humanes també s'utilitza per recollir molècules i exosomes alliberats per cèl·lules mare amb finalitats terapèutiques.
Connexió amb la genètica
Els productes biològics produïts per tecnologia d'ADN recombinant (rDNA) en cultius animals inclouenenzims, hormones sintètiques, immunobiològics (anticossos monoclonals, interleucines, limfocines) i agents anticancerígens. Tot i que es poden fer moltes proteïnes més simples amb ADNr en cultius bacterians, actualment s'han de fer proteïnes més complexes que estan glicosilades (modificades pels hidrats de carboni) a les cèl·lules animals.
Un exemple important d'una proteïna tan complexa és l'hormona eritropoietina. Els costos del creixement de cultius de cèl·lules de mamífers són elevats, de manera que s'està investigant per crear proteïnes tan complexes en cèl·lules d'insectes o en plantes superiors. L'ús de cèl·lules embrionàries individuals i embrions somàtics com a font de transferència directa de gens per bombardeig de partícules, expressió de gens transitoris i microscòpia confocal és una de les seves aplicacions. El cultiu de cèl·lules vegetals és la forma més comuna d'aquesta pràctica.
Cultius de teixits
El cultiu de teixits és el cultiu de teixits o cèl·lules separades d'un organisme. Aquest procés se sol facilitar mitjançant un medi de creixement líquid, semisòlid o sòlid com el brou o l'agar. El cultiu de teixits es refereix generalment al cultiu de cèl·lules i teixits animals, amb el terme més específic utilitzat per a plantes, cèl·lules vegetals i cultiu de teixits. El terme "cultiu de teixits" va ser encunyat per la patòloga nord-americana Montrose Thomas Burroughs.
Història del cultiu de teixits
El 1885, Wilhelm Roux va eliminar una secció de la medul·laplaques de pollastre fetal i el va mantenir en una solució salina tèbia durant diversos dies, establint el principi bàsic del cultiu de teixits. El 1907, el zoòleg Ross Granville Harrison va demostrar el creixement de cèl·lules embrionàries de granota que donarien lloc a cèl·lules nervioses a la limfa coagulada. El 1913, E. Steinhardt, C. Israel i R. A. Lambert van cultivar el virus de la vacuna en fragments de teixit de banya de conillet d'Índies. Ja era quelcom molt més avançat que el cultiu de cèl·lules vegetals.
Del passat al futur
Gotlieb Haberlandt va ser el primer a assenyalar la possibilitat de conrear teixits vegetals aïllats. Va suggerir que aquest mètode podria determinar les capacitats de les cèl·lules individuals mitjançant el cultiu de teixits, així com la influència mútua dels teixits entre si. A mesura que les afirmacions originals de Haberland es van fer realitat, les tècniques de cultiu de teixits i cèl·lules van començar a aplicar-se activament, donant lloc a nous descobriments en biologia i medicina. La seva idea original, presentada l'any 1902, es va anomenar totipotencialitat: "En teoria, totes les cèl·lules vegetals són capaces de produir una planta completa". El cultiu de cultius cel·lulars en aquell moment va avançar de manera espectacular.
En l'ús modern, el cultiu de teixits es refereix generalment al creixement de cèl·lules a partir del teixit d'un organisme pluricel·lular in vitro. Les condicions del cultiu cel·lular no són molt importants en aquest cas. Aquestes cèl·lules es poden aïllar d'un organisme donant, cèl·lules primàries o una línia cel·lular immortalitzada. Les cèl·lules s'estan rentantun medi de cultiu que conté els nutrients i les fonts d'energia necessàries per a la seva supervivència. El terme "cultiu de teixits" s'utilitza sovint de manera intercanviable amb cultiu cel·lular.
Aplicació
El significat literal de cultiu de teixits fa referència al cultiu de peces de teixit, és a dir, cultiu d'explants.
El cultiu de teixits és una eina important per estudiar la biologia de les cèl·lules d'organismes pluricel·lulars. Proporciona un model de teixit in vitro en un entorn ben definit que es pot manipular i analitzar fàcilment.
En el cultiu de teixits animals, les cèl·lules es poden cultivar com a monocapes 2D (cultiu convencional) o dins de bastides fibroses o gels per aconseguir estructures semblants a teixits 3D més naturals (cultiu 3D). Eric Simon, en un informe de subvenció del NIH SBIR de 1988, va demostrar que l'electrospinning es podria utilitzar per produir bastides de fibra de polímer a escala nano i submicrònica dissenyades específicament per utilitzar-les com a substrats de cèl·lules i teixits in vitro.
Aquest primer ús de reixetes de fibra conductora elèctrica per al cultiu cel·lular i l'enginyeria de teixits va demostrar que diferents tipus de cèl·lules s'adheririen i proliferarien a les fibres de policarbonat. S'ha observat que, a diferència de la morfologia aplanada que s'observa habitualment en el cultiu 2D, les cèl·lules cultivades en fibres de cordó elèctric presenten una morfologia 3D més arrodonida que es veu habitualment en teixits in vivo.
CulturaEl teixit vegetal, en particular, s'associa amb el creixement de plantes senceres a partir de petits trossos de fibres vegetals cultivades en un medi.
Diferències de models
La recerca en enginyeria de teixits, cèl·lules mare i biologia molecular consisteix principalment en el creixement de cultius cel·lulars en plats de plàstic plans. Aquest mètode es coneix com a cultiu de cèl·lules bidimensionals (2D) i va ser desenvolupat per primera vegada per Wilhelm Roux, que l'any 1885 va treure part de la placa medul·lar d'un pollastre embrionari i la va mantenir en solució salina calenta durant diversos dies sobre un vidre pla.
De l'avenç de la tecnologia de polímers, ha sorgit el plat de plàstic estàndard modern per al cultiu de cèl·lules bidimensionals, conegut comunament com a placa de Petri. Julius Richard Petri, un bacteriòleg alemany, acreditat habitualment a la literatura científica com l'inventor d'aquest invent, va treballar com a ajudant de Robert Koch. Avui dia, diversos investigadors també utilitzen flascons de cultiu, cons i fins i tot bosses d'un sol ús com les que s'utilitzen en bioreactors d'un sol ús.
A més del cultiu de línies cel·lulars immortalitzades ben establertes, les cèl·lules d'explants primaris de molts organismes es poden cultivar durant un període de temps limitat fins que es produeixi la susceptibilitat. Les cèl·lules primàries cultivades s'han utilitzat àmpliament en la investigació, com en el cas dels queratòcits de peixos en estudis de migració cel·lular. Els medis de cultiu cel·lular es poden utilitzar en la majoriadiferent.
Els cultius de cèl·lules vegetals solen cultivar-se com a cultius de suspensió cel·lular en medis líquids o en cultius de callositat en medis sòlids. El cultiu de cèl·lules vegetals indiferenciades i cals requereix un equilibri adequat de les hormones de creixement de les plantes auxina i citoquinina.
