Cellkultur är starkt beroende av förhållandena. De varierar för varje celltyp, men består vanligtvis av ett lämpligt kärl med ett substrat eller medium som ger nödvändiga näringsämnen (aminosyror, kolhydrater, vitaminer, mineraler), tillväxtfaktorer, hormoner och gaser (CO2, O2) och reglerar den fysiska -kemisk miljö (buffert pH, osmotiskt tryck, temperatur). De flesta celler kräver en yta eller ett artificiellt substrat (adhesiv eller monolagerkultur), medan andra fritt kan förökas i ett odlingsmedium (suspensionskultur). Livslängden för de flesta celler är genetiskt bestämd, men vissa cellkulturer har omvandlats till odödliga celler som kommer att föröka sig på obestämd tid om optimala förhållanden skapas.
Definition
Sdefinitionen här är ganska enkel. I praktiken hänvisar termen "cellkultur" nu till odling av celler härledda från flercelliga eukaryoter, speciellt djurceller, i motsats till andra typer av kultur. Historisk utveckling och odlingsmetoder är nära besläktade med vävnadsodling och organodling. Viruskultur är också associerad med celler som värdar för virus.
Historia
Laboratorietekniker för att erhålla och odla celler separerade från den ursprungliga vävnadskällan blev mer robusta i mitten av 1900-talet. De viktigaste genombrotten på detta område gjordes av forskare från Yale University.
Genombrott från mitten av århundradet
Ursprungligen praktiserades att skaffa och odla celler för att hitta ett universalmedel för många farliga virus. Ett antal forskare har upptäckt att många virusstammar säkert kan leva, frodas och föröka sig på artificiellt odlade djurceller eller till och med hela organ som förvaras autonomt i speciella flaskor. Som regel används celler av organ från djur som är så nära människor som möjligt för sådana tester - till exempel högre primater som schimpanser. Alla dessa upptäckter gjordes på 1940-talet, när experiment på människor var mest relevanta av vissa skäl.
Methodology
Celler kan isoleras från vävnader för ex vivo-odling på flera sätt. De kan lätt rensas från blod, men bara vita blodkroppar kan växa i kultur. Celler kanisoleras från fasta vävnader genom nedbrytning av den extracellulära matrisen med användning av enzymer såsom kollagenas, trypsin eller pronas innan vävnaden agiteras för att frigöra cellerna i suspension. Alternativt kan vävnadsbitar placeras i tillväxtmedier och cellerna som växer är tillgängliga för odling. Denna metod är känd som explantationskultur.
Celler som odlas direkt från individen kallas primära celler. Med undantag för några som härrör från tumörer, har de flesta primära cellkulturer en begränsad livslängd.
Odödliga och stamceller
En etablerad eller odödlig cellinje har förvärvat förmågan att reproducera sig på obestämd tid, antingen genom slumpmässig mutation eller avsiktlig modifiering, såsom artificiellt uttryck av telomerasgenen. Många cellinjer är välkända som typiska celltyper.
Massodling av djurcellinjer är grundläggande för produktionen av virala vacciner och andra biotekniska produkter. Odling av mänskliga stamceller används för att utöka deras antal och differentiera celler till olika typer som är lämpliga för transplantation. Human (stam) cellkultur används också för att samla in molekyler och exosomer som frisätts av stamceller för terapeutiska ändamål.
Anslutning till genetik
Biologiska produkter framställda med rekombinant DNA-teknik (rDNA) i djurkulturer inkluderarenzymer, syntetiska hormoner, immunbiologiska (monoklonala antikroppar, interleukiner, lymfokiner) och anticancermedel. Medan många enklare proteiner kan tillverkas med rDNA i bakteriekulturer, måste mer komplexa proteiner som är glykosylerade (modifierade av kolhydrater) för närvarande tillverkas i djurceller.
Ett viktigt exempel på ett sådant komplext protein är hormonet erytropoietin. Kostnaderna för att odla cellkulturer från däggdjur är höga, så forskning pågår för att skapa sådana komplexa proteiner i insektsceller eller i högre växter. Användningen av enstaka embryonala celler och somatiska embryon som en källa till direkt genöverföring genom partikelbombardement, uttryck av transienta gener och konfokalmikroskopi är en av dess tillämpningar. Växtcellsodling är den vanligaste formen av denna praxis.
vävnadskulturer
Vävnadskultur är odling av vävnader eller celler separerade från en organism. Denna process underlättas vanligtvis med användning av ett flytande, halvfast eller fast tillväxtmedium såsom buljong eller agar. Vävnadskultur hänvisar i allmänhet till odling av djurceller och vävnader, med den mer specifika termen som används för växter, växtceller och vävnadskultur. Termen "vävnadskultur" myntades av den amerikanske patologen Montrose Thomas Burroughs.
History of tissue culture
1885 tog Wilhelm Roux bort en del av märgenplattor av fosterkyckling och höll den i en varm s altlösning i flera dagar, vilket etablerade den grundläggande principen för vävnadsodling. 1907 visade zoologen Ross Granville Harrison tillväxten av embryonala grodceller som skulle ge upphov till nervceller i koagulerad lymfa. År 1913 odlade E. Steinhardt, C. Israel och R. A. Lambert vacciniavirus i fragment av marsvinshornvävnad. Det var redan något mycket mer avancerat än växtcellsodling.
Från dåtid till framtid
Gotlieb Haberlandt var den första som påpekade möjligheten att odla isolerade växtvävnader. Han föreslog att denna metod skulle kunna bestämma individuella cellers förmåga genom vävnadsodling, såväl som vävnadernas ömsesidiga påverkan på varandra. När Haberlands ursprungliga påståenden realiserades började vävnads- och cellodlingstekniker att tillämpas aktivt, vilket ledde till nya upptäckter inom biologi och medicin. Hans ursprungliga idé, som presenterades 1902, kallades totipotentialitet: "Teoretiskt sett är alla växtceller kapabla att producera en komplett växt." Odlingen av cellkulturer vid den tiden utvecklades dramatiskt.
I modern användning avser vävnadskultur i allmänhet tillväxten av celler från vävnaden från en flercellig organism in vitro. Cellodlingsförhållandena är inte särskilt viktiga i detta fall. Dessa celler kan isoleras från en donatororganism, primära celler eller en immortaliserad cellinje. Cellerna tvättasett odlingsmedium som innehåller de näringsämnen och energikällor som är nödvändiga för deras överlevnad. Termen "vävnadskultur" används ofta omväxlande med cellkultur.
Application
Den bokstavliga innebörden av vävnadskultur hänvisar till odling av vävnadsbitar, d.v.s. explantationskultur.
Vävnadskultur är ett viktigt verktyg för att studera biologin hos celler från flercelliga organismer. Den tillhandahåller en vävnadsmodell in vitro i en väldefinierad miljö som lätt kan manipuleras och analyseras.
I djurvävnadskultur kan celler odlas som 2D-monoskikt (konventionell kultur) eller inuti fibrösa ställningar eller geler för att uppnå mer naturalistiska 3D-vävnadsliknande strukturer (3D-kultur). Eric Simon, i en NIH SBIR-anslagsrapport från 1988, visade att elektrospinning kunde användas för att producera ställningar av polymerfiber i nano- och submikronskala som är speciellt utformade för användning som cell- och vävnadssubstrat in vitro.
Denna tidiga användningen av elektriskt ledande fibernät för cellodling och vävnadsteknik visade att olika typer av celler skulle fästa och föröka sig på polykarbonatfibrer. Det har observerats att, i motsats till den tillplattade morfologin som vanligtvis ses i 2D-kultur, uppvisar celler odlade på elektriska sladdfibrer en mer rundad 3D-morfologi som vanligtvis ses i in vivo-vävnader.
Kulturväxtvävnad, i synnerhet, är förknippad med att odla hela växter från små bitar av växtfibrer odlade i ett medium.
Skillnader i modeller
Forskning inom vävnadsteknik, stamceller och molekylärbiologi handlar i första hand om att odla cellkulturer på platta plastskålar. Denna metod är känd som tvådimensionell (2D) cellkultur och utvecklades först av Wilhelm Roux, som 1885 tog bort en del av märgplattan på en embryonal kyckling och höll den i varm s altlösning i flera dagar på platt glas.
Ur polymerteknologins framsteg har den moderna standardplastskålen för tvådimensionell cellodling, allmänt känd som petriskålen, vuxit fram. Julius Richard Petri, en tysk bakteriolog, vanligtvis krediterad i den vetenskapliga litteraturen som uppfinnaren av denna uppfinning, arbetade som assistent till Robert Koch. Idag använder olika forskare också odlingsflaskor, kottar och till och med engångspåsar som de som används i engångsbioreaktorer.
Förutom odling av väletablerade odödliga cellinjer, kan celler från primära explantat av många organismer odlas under en begränsad tidsperiod tills mottaglighet uppstår. Odlade primära celler har använts i stor utsträckning i forskning, som i fallet med fiskkeratocyter i cellmigrationsstudier. Cellodlingsmedia kan användas i de flestaannorlunda.
Växtcellskulturer odlas vanligtvis som cellsuspensionskulturer i flytande media eller i calluskulturer på fasta medier. Odlingen av odifferentierade växtceller och kalli kräver en ordentlig balans av växttillväxthormonerna auxin och cytokinin.
