- Культура клеток
-
Культивирование клеток представляет собой процесс, посредством которого in vitro отдельные клетки (или единственная клетка) прокариот и эукариот искусственно выращиваются в контролируемых условиях. На практике термин «культура клеток» относится в основном к выращиванию клеток, относящихся к одной ткани, полученных от многоклеточных эукариот, чаще всего животных. Историческое развитие технологии и методик выращивания культур клеток неразрывно связаны с выращиванием тканевых культур и целых органов.
Содержание
История
В XIX веке английский физиолог С. Рингер разработал солевой раствор[1], содержащий хлориды натрия, калия, кальция и магния для поддержания биения сердца животных вне организма. В 1885 году Вильгельм Ру установил принцип культивирования тканей, извлек часть костного мозга из куриного эмбриона и держал его в теплом физрастворе в течение нескольких дней[2]. Росс Гранвилл Харрисон, работавший в Медицинской школе Дж. Хопкинса, а затем в Йельском университете, опубликовал результаты своих экспериментов в 1907 −1910 годах, создав методологию культивирования тканей. В 1910 г. Пейтон Раус, работая с культурой клеток саркомы цыпленка, индуцировал образование опухолей у здоровых животных. Позже это привело к открытию онкогенных вирусов (Нобелевская премия по физиологии или медицине 1966 г.).
Методы культивирования клеток получили значительное развитие в 1940-х 1950-х годах в связи с исследованиями в области вирусологии. Выращивание вирусов в культурах клеток дало возможность получения чистого вирусного материала для производства вакцин. Вакцина против полиомиелита стала одним из первых препаратов, массово произведенных с использованием технологии культивирования клеток. В 1954 г. Эндерс, Уэллер и Роббинс получили Нобелевскую премию «За открытие способности вируса полиомиелита расти в культурах различных тканей». В 1952 г. была получена широко известная линия раковых клеток человека HeLa.
Основные принципы культивирования
Выделение клеток
Для культивирования вне организма живые клетки могут быть получены несколькими способами. Клетки могут быть выделены из крови, но к росту в культуре способны только лейкоциты. Моноядерные клетки могут быть выделены из мягких тканей с помощью таких ферментов как коллагеназа, трипсин, проназа, разрушающих внеклеточный матрикс[3]. Кроме того, в питательную среду можно поместить кусочки тканей.
Культуры клеток, взятых непосредственно от объекта (ex vivo), называются первичными[4]. Большинство первичных клеток, за исключением опухолевых, имеют ограниченный срок использования. После определенного количества делений клетки такие стареют и прекращают делиться, хотя могут при этом не утратить жизнеспособность.
Существуют иммортализованные («бессмертные») линии клеток, способные размножаться бесконечно. У большинства опухолевых клеток эта способность является результатом случайной мутации, но у некоторых лабораторных клеточных линий она приобретена искусственно, путем активации гена теломеразы[5].
Культивирование клеток
Клетки выращивают в специальных питательных средах, при постоянной температуре, а для клеток млекопитающих обычно необходима также специальная газовая среда, поддерживаемая в инкубаторе клеточных культур[6][7]. Как правило, регулируется концентрация в воздухе углекислого газа и паров воды, но иногда также и кислорода. Питательные среды для разных культур клеток различаются по составу, pH, концентрации глюкозы, составу факторов роста и др[8]. Факторы роста, используемые в питательных средах, чаще всего добавляют вместе с сывороткой крови. Одним из факторов риска при этом является возможность заражения культуры клеток прионами или вирусами. При культивировании одной из важных задач является исключение или сведение к минимуму использование зараженных ингредиентов. Однако на практике это бывает достигнуто не всегда. Наилучшим, но и наиболее дорогостоящим способом является добавление вместо сыворотки очищенных факторов роста[9].
Клетки можно выращивать в суспензии, либо в адгезивном состоянии. Некоторые клетки (такие, как клетки крови) в естественных условиях существуют во взвешенном состоянии. Существуют также линии клеток, искусственно измененных таким образом, чтобы они не могли прикрепляться к поверхности; это сделано для того, чтобы увеличить плотность клеток в культуре. Для выращивания адгезивных клеток требуется поверхность, например, культура ткани, или пластик, покрытый элементами внеклеточного матрикса для улучшения адгезивных свойств, а также для стимулирования роста и дифференцировки. Большинство клеток из мягких и твердых тканей адгезивны. Из адгезивного типа культуры выделяются органотипические культуры клеток, которые представляют собой трехмерную среду, в отличие от обычной лабораторной посуды. Этот система культивирования физически и биохимически наиболее сходна с живыми тканями, но имеет некоторые технические сложности в обслуживании (например, нуждается в диффузии).
Перекрестное загрязнение клеточных линий
При работе с клеточными культурами ученые могут столкнуться с проблемой перекрестного загрязнения.
Особенности выращивания клеток
При выращивании клеток, из-за постоянного деления может возникнуть их переизбыток в культуре. В результате чего могут возникнуть следующие проблемы:
- Накопление в питательной среде продуктов выделения, в том числе токсичных.
- Накопление в культуре омертвевших клеток, прекративших жизнедеятельность.
- Скопление большого количества клеток оказывает негативное влияние на клеточный цикл, рост и деление замедляются, а клетки начинают стареть и отмирать (контактное ингибирование роста).
- По той же причине может начаться клеточное дифференцирование.
Для поддержания нормального функционирования культур клеток а также для предотвращения негативных явлений периодически проводят замену питательной среды, пассажирование и трансфекция клеток. Во избежание загрязнения культур бактериями, дрожжами, или другими линиями клеток, все манипуляции обычно проводят с соблюдением правил асептики в стерильном боксе. Для подавления микрофлоры в питательную среду могут быть добавлены антибиотики (пенициллин, стрептомицин) и противогрибковые препараты(амфотерицин Б).
Одним из продуктов метаболизма в клетках являются кислоты, вследствие чего pH среды постепенно снижается. Для контроля кислотности питательных сред, в них добавляют индикаторы pH. Если культура клеток адгезивная, питательную среду можно полностью заменять.
Пассажирование клеток
Пассажирование (разделение) клеток — это отбор небольшого количества клеток для выращивания в другом лабораторном сосуде. Если культура быстро растет, это необходимо делать регулярно, поскольку в среде истощаются питательные вещества и накапливаются продукты метаболизма. Суспензивные культуры пассажировать проще, так как для этого достаточно всего лишь отобрать необходимое количество клеток, поместить их в другие сосуды, и добавить свежей питательной среды. Адгезивные же клетки перед этим следует отделить от субстрата и разделить их скопления. Чаще всего для этой цели используют смесь трипсина и ЭДТА или другие ферментные смеси, иногда достаточно только ЭДТА в физиологическом растворе (раствор Версена). Если культура растет медленно, ее обычно подкармливают без переноса в другой сосуд, периодически (обычно раз в 2-3 дня) отбирая часть использованной среды и добавляя свежую.
Трансфекция и трансдукция
В клетки при их выращивании можно внедрять чужеродную ДНК путем трансфекции (невирусный метод). Часто данную технологию применяют для управляемой экспрессии генов. Сравнительно недавно для этих целей была успешно реализована трансфекция иРНК.
ДНК также может быть внедрена в геном клетки с помощью вирусов или бактериофагов. Они, являясь внутриклеточными паразитами, как нельзя лучше подходят для этих целей, так как внедрение генетического материала в клетку-хозяина является обычной частью их жизненного цикла[10]. Этот метод называется трансдукция.
Линии клеток человека
Культивирование человеческих клеток несколько противоречит правилам биоэтики, поскольку изолированно выращиваемые клетки могут пережить родительский организм, а затем использоваться для проведения экспериментов или для разработки новых методов лечения и извлечения из этого прибыли. Первое судебное решение в данной области было вынесено в Верховном суде штата Калифорния по делу «Джон Мур против представителей Калифорнийского университета», согласно которому пациенты не имеют никаких прав собственности на линии клеток, полученных из органов, удаленных с их согласия[11].
Гибридома
Гибридома — это линия клеток, полученнаая в результате слияния нормальных лимфоцитов с «бессмертными» раковыми клетками. Используется для получения моноклональных антител. Лейкоциты, выделенные из селезенки или крови иммунизированных животных, производят антитела с необходимой специфичностью, но как у любой первичной культуры, их способность к пролиферации ограничена лимитом Хейфлика. Для иммортализации их искусственно сливают с «бессмертной» линией клеток миеломы, в результате чего происходит рекомбинация признаков. После этого линию клонируют и отбирают клоны, способные одновременно к неограниченной пролиферации и производящие антитела против избранного антигена.
Использование клеточных культур
Массовое культивирование клеток является основой для промышленного производства вирусных вакцин и разнообразных продуктов биотехнологии.
Продукты биотехнологии
Промышленным методом из культур клеток получают такие продукты, как ферменты, синтетические гормоны, моноклональные антитела, интерлейкины, лимфокины, противоопухолевые препараты. Хотя многие простые белки относительно просто могут быть получены с использованием рДНК в бактериальных культурах, более сложные белки, такие как гликопротеины, в настоящее время могут быть получены только из животных клеток. Одним из таких важнейших белков является гормон эритропоэтин. Стоимость выращивания культур клеток млекопитающих является довольно высокой, поэтому в настоящее время проводятся исследования по возможности производства сложных белков в культурах клеток насекомых или высших растений.
Тканевые культуры
Культивирование клеток является неотъемлемой частью технологии культивирования тканей и тканевой инженерии, поскольку именно оно определяет основы выращивания клеток и поддержания их в жизнеспособном состоянии ex vivo.
Вакцины
С применением методики культивирования клеток в настоящее время выпускаются вакцины против полиомиелита, кори, эпидемического паротита, краснухи, ветрянки. Вследствие угрозы пандемии гриппа, вызываемого штаммом вируса H5N1, в настоящий момент правительство Соединенных Штатов финансирует исследования по получению вакцины против птичьего гриппа с использованием клеточных культур.
Культуры клеток не млекопитающих
Культуры клеток растений
Культуры клеток растений, как правило, выращиваются либо в виде суспензии в жидкой питательной среде, либо в виде каллусной культуры на твердой питательной основе. Культивирование недифференцированных клеток и каллуса требует соблюдения определенного баланса гормонов роста растений ауксинов и цитокининов.
Бактериальные, дрожжевые культуры
Для культивирования небольшого количества клеток бактерий и дрожжей клетки высеивают на твердую питательную среду на основе желатина или агар-агара. Для массового производства применяют выращивание в жидких питательных средах (бульонах).
Вирусные культуры
Культуры вирусов выращивают на культурах клеток млекопитающих, растений, грибов или бактерий, в зависимости от природного хозяина конкретного типа вирусов. Но при некоторых условиях могут быть выращены и в клетках другого типа.
В этом случае культура клеток сама служит средой для роста и репликации вируса.
Виды клеточных линий
Этот раздел статьи ещё не написан. Согласно замыслу одного из участников Википедии, на этом месте должен располагаться специальный раздел.
Вы можете помочь проекту, написав этот раздел.Краткий перечень клеточных линий
Приведенный здесь список наиболее распространенных клеточных линий не является полным и исчерпывающим.
Линия клеток Расшифровка сокращения Организм Ткань Морфология Примечания и ссылки 293-T человек почка(эмбриональная) Производная от HEK-293 ECACC 3T3 cells "3-day transfer, inoculum 3 x 105 cells" мышь эмбриональные фибробласты Известна также как NIH 3T3 ECACC 721 человек меланома 9L крыса глиобластома A2780 человек яичник рак яичника ECACC A2780ADR человек яичник производное A2780 с резистентностью к адриамицину ECACC A2780cis человек яичник производное A2780 с резистентностью к цисплатину ECACC A172 человек глиобластома злокачественная глиома ECACC A431 человек кожный эпителий плоскоклеточная карцинома ECACCCell Line Data Base A-549 человек карцинома легких эпителий DSMZECACC B35 крыса нейробластома ATCC BCP-1 человек периферические лейкоциты HIV+ лимфома ATCC BEAS-2B bronchial epithelium + adenovirus 12-SV40 virus hybrid (Ad12SV40) человек легкие эпителий ATCC bEnd.3 brain endothelial мышь кора головного мозга эндотелий ATCC BHK-21 "Baby Hamster Kidney" хомяк почка фибробласты ECACCOlympus BR 293 человек молочная железа рак BxPC3 Biopsy xenograph of pancreatic carcinoma line 3 человек панкреатическая аденокарцинома эпителий ATCC C3H-10T1/2 мышь эмбриональные мезенхимальные клетки ECACC C6/36 Кусака бело-пёстрый (комар) ткани личинки ECACC CHO Chinese hamster ovary серый хомячок (Cricetulus griseus) яичник эпителий ECACCICLC COR-L23 человек легкие ECACC COR-L23/CPR человек легкие ECACC COR-L23/5010 человек легкие ECACC COR-L23/R23 человек легкие эпителий ECACC COS-7 Cercopithecus aethiops, origin-defective SV-40 обезьяна Cercopithecus aethiops почка фибробласты ECACCATCC CML T1 Chronic Myelod Leukaemia T-lymphocyte 1 человек хроническая миелоидная лейкемия T-клеточная лейкемия Blood CMT canine mammary tumor собака молочная железа эпителий D17 собака остеосаркома ECACC DH82 собака гистиоцитоз моноциты/макрофаги ECACC DU145 человек карцинома простата DuCaP Dura mater Cancer of the Prostate человек метастазирующий рак простаты эпителий 11317521 EL4 мышь T-клеточная лейкемия ECACC EMT6/AR1 мышь молочная железа эпителий ECACC EMT6/AR10.0 мышь молочная железа эпителий ECACC FM3 человек метастазы в лимфатический узел меланома H1299 человек легкие рак H69 человек легкие ECACC HB54 гибридома гибридома секретирует L243 mAb (против HLA-DR) Human Immunology HB55 гибридома гибридома секретирует MA2.1 mAb (против HLA-A2 и HLA-B17) Journal of Immunology HCA2 человек фибробласты Journal of General Virology HEK-293 human embryonic kidney человек почка(эмбриональная) эпителий ATCC HeLa Henrietta Lacks человек рак шейки матки эпителий DSMZECACC Hepa1c1c7 clone 7 of clone 1 hepatoma line 1 мышь гепатома эпителий ECACC HL-60 human leukemia человек миелобласты клетки крови ECACCDSMZ HMEC human mammary epithelial cell человек эпителий ECACC HT-29 человек эпителий толстого кишечника аденокарцинома ECACC Jurkat человек T-клеточная лейкемия белые клетки крови ECACC JY человек лимфобласты В-клетки, иммортализованные EBV K562 человек лимфобласты хроническая миелоидная лейкемия ECACC Ku812 человек лимфобласты эритролейкемия ECACC KCL22 человек лимфобласты хроническая миелоидная лейкемия KYO1 Kyoto 1 человек лимфобласты хроническая миелоидная лейкемия DSMZ LNCap Lymph node Cancer of the Prostate человек аденокарцинома простаты эпителий ECACCATCC Ma-Mel 1, 2, 3....48 человек линии клеток меланомы MC-38 мышь аденокарцинома MCF-7 Michigan Cancer Foundation-7 человек молочная железа инвазивная карцинома протоков молочной железы ER+, PR+ MCF-10A Michigan Cancer Foundation человек молочная железа эпителий ATCC MDA-MB-231 M.D. Anderson - Metastatic Breast человек молочная железа рак ECACC MDA-MB-468 M.D. Anderson - Metastatic Breast человек молочная железа рак ECACC MDA-MB-435 M.D. Anderson - Metastatic Breast человек молочная железа меланома или карцинома (единого мнения нет) Cambridge Pathology ECACC MDCK II Madin Darby canine kidney собака почка эпителий ECACC ATCC MOR/0.2R человек легкие ECACC NCI-H69/CPR человек легкие ECACC NCI-H69/LX10 человек легкие ECACC NCI-H69/LX20 человек легкие ECACC NCI-H69/LX4 человек легкие ECACC NIH-3T3 National Institutes of Health, 3-day transfer, inoculum 3 x 105 cells мышь эмбрион фибробласты ECACCATCC NALM-1 периферическая кровь хроническая миелоидная лейкемия Cancer Genetics and Cytogenetics NW-145 меланома ESTDAB OPCN / OPCT Onyvax[1] Prostate Cancer.... линии клеток рака простаты Asterand Peer человек T-клеточная лейкемия DSMZ PNT-1A / PNT 2 линии клеток рака простаты ECACC RenCa Renal Carcinoma мышь карцинома почки RIN-5F мышь поджелудочная железа RMA/RMAS мышь T-клеточный рак Saos-2 человек остеоксаркома ECACC Sf-9 Spodoptera frugiperda бабочка Spodoptera frugiperda яичник DSMZECACC SkBr3 человек карцинома молочной железы T2 человек гибридома В-клеток и Т-клеточной лейкемии DSMZ T-47D человек молочная железа карцинома протоков T84 человек карцинома толстого кишечника/ метастазы в легкое эпителий ECACCATCC THP1 человек моноциты острая миелоидная лейкемия ECACC U373 человек глиобластома-астроцитома эпителий U87 человек глиобластома-астроцитома эпителий Abcam U937 человек лейкемическая моноцитарная лимфома ECACC VCaP Vertebra Prostate Cancer человек метастазирующий рак простаты эпителий ECACC ATCC Vero 'Vera Reno' ('почка зеленой') / 'Vero' ('истина') африканская зеленая мартышка эпителий почки ECACC WM39 человек кожа первичная меланома WT-49 человек лимфобласты X63 мышь меланома YAC-1 мышь лимфома Cell Line Data Base ECACC YAR человек B-лимфоциты трансформированы EBV [2] Human Immunology См. также
- Биологическое бессмертие
- Культура тканей
- Выращивание органов
- Биотехнология
- Индуцированные стволовые клетки
- Ниша стволовой клетки
Ссылки и примечания
- ↑ Раствор Рингера
- ↑ http://caat.jhsph.edu/pubs/animal_alts/appendix_c.htm
- ↑ Клетки можно выделить из тканей и разделить на различные типы
- ↑ ЛабоRUтория Культивирование клеток и тканей. www.primer.ru (2003).(недоступная ссылка — история) Проверено 27 марта 2010.
- ↑ Теломераза. Тёмная материя (15 сентября 2006). Архивировано из первоисточника 28 марта 2012. Проверено 27 марта 2010.
- ↑ Инкубаторы СО2 Binder (Германия). Техсервис. Архивировано из первоисточника 8 июня 2012. Проверено 27 марта 2010.
- ↑ Лабораторное оборудование и расходные материалы. Инкубаторы (2007). Архивировано из первоисточника 8 июня 2012. Проверено 27 марта 2010.
- ↑ С помощью сред определенного химического состава можно идентифицировать специфические факторы роста
- ↑ LipiMAX purified lipoprotein solution from bovine serum. Selborne Biological Services (2006). Архивировано из первоисточника 8 июня 2012. Проверено 27 марта 2010.
- ↑ Механизм инфицирования вируса
- ↑ В.Богомолова Кому принадлежит наше тело?. Arcanus (3 августа 2009). Архивировано из первоисточника 8 июня 2012. Проверено 27 марта 2010.
Категория:- Клеточная биология
Wikimedia Foundation. 2010.
