Hodowlę komórkową - Cell culture

Hodowla komórkowa na małej szalce Petriego
Komórki nabłonkowe w hodowli, wybarwione na obecność keratyny (czerwony) i DNA (zielony)

Hodowla komórkowa to proces, w którym komórki rosną w kontrolowanych warunkach, zazwyczaj poza ich naturalnym środowiskiem. Po wyizolowaniu komórek będących przedmiotem zainteresowania z żywej tkanki , można je następnie utrzymywać w ściśle kontrolowanych warunkach. Warunki te różnią się dla każdego typu komórki, ale generalnie składają się z odpowiedniego naczynia z podłożem lub podłożem, które dostarcza niezbędnych składników odżywczych ( aminokwasy , węglowodany , witaminy , minerały ), czynników wzrostu , hormonów i gazów ( CO 2 , O 2 ) oraz reguluje środowisko fizykochemiczne ( bufor pH , ciśnienie osmotyczne , temperatura ). Większość komórek wymaga powierzchni lub sztucznego podłoża (hodowla przylegająca lub jednowarstwowa), podczas gdy inne można hodować swobodnie pływając w pożywce hodowlanej ( hodowla zawiesinowa ). Żywotność większości komórek jest zdeterminowana genetycznie, ale niektóre hodowane komórki zostały „przekształcone” w komórki nieśmiertelne, które będą się rozmnażać w nieskończoność, jeśli zapewnione zostaną optymalne warunki.

W praktyce, określenie „hodowla komórek” odnosi się do hodowli komórek pochodzących z wielokomórkowych organizmów eukariotycznych , w szczególności zwierząt, komórek, w przeciwieństwie do innych rodzajów kulturze również hodowane komórki, takie jak kultury tkanek roślinnych , grzybów hodowli i hodowli mikrobiologicznej ( z mikroorganizmów ). Historyczny rozwój i metody hodowli komórek są ściśle powiązane z kulturą tkankową i kulturą narządów . Pokrewna jest również hodowla wirusów, w której komórki są gospodarzami wirusów.

Laboratoryjne techniki utrzymywania żywych linii komórek (populacji komórek pochodzi od pojedynczej komórki, zawierające ten sam kod genetyczny), oddzielone od ich pierwotne źródło tkanki się bardziej wytrzymałe na środkowym 20 wieku.

Historia

Dziewiętnastowieczny angielski fizjolog Sydney Ringer opracował roztwory soli zawierające chlorki sodu, potasu, wapnia i magnezu odpowiednie do utrzymywania rytmu serca izolowanego zwierzęcia poza organizmem. W 1885 Wilhelm Roux usunięto część rdzeniowego płyty wystąpienia zarodka kurczaka i utrzymuje go w ciepłym roztworem soli fizjologicznej w ciągu kilku dni, tworząc zasady hodowli tkankowej. Ross Granville Harrison , pracujący w Johns Hopkins Medical School, a następnie w Yale University , opublikował wyniki swoich eksperymentów w latach 1907-1910, ustanawiając metodologię hodowli tkankowych .

Techniki hodowli komórkowych zostały znacznie zaawansowane w latach 40. i 50. XX wieku, aby wspierać badania w dziedzinie wirusologii . Rosnące wirusy w kulturach komórkowych umożliwiły przygotowanie oczyszczonych wirusów do produkcji szczepionek . Szczepionka polio do wstrzykiwania opracowana przez Jonasa Salka była jednym z pierwszych produktów masowo produkowanych przy użyciu technik hodowli komórkowych. Szczepionka ta była możliwa dzięki badaniom nad hodowlą komórkową Johna Franklina Endersa , Thomasa Huckle Wellera i Fredericka Chapmana Robbinsa , którzy otrzymali Nagrodę Nobla za odkrycie metody hodowli wirusa w hodowlach komórek nerki małpy .

Koncepcje w hodowli komórek ssaków

Izolacja komórek

Komórki można izolować z tkanek do hodowli ex vivo na kilka sposobów. Komórki można łatwo oczyścić z krwi; jednak tylko białe komórki są zdolne do wzrostu w hodowli. Komórki można izolować z tkanek stałych przez trawienie macierzy zewnątrzkomórkowej przy użyciu enzymów, takich jak kolagenaza , trypsyna lub pronaza , przed wstrząsaniem tkanki w celu uwolnienia komórek do zawiesiny. Alternatywnie, kawałki tkanki można umieścić w pożywce wzrostowej , a wyrosłe komórki są dostępne do hodowli. Ta metoda jest znana jako kultura eksplantacyjna .

Komórki hodowane bezpośrednio od osobnika są znane jako komórki pierwotne. Z wyjątkiem niektórych pochodzących z guzów, większość pierwotnych kultur komórkowych ma ograniczoną długość życia.

Znaną lub unieśmiertelniona linia komórkowa nabył zdolność do proliferacji przez czas nieokreślony albo przypadkowe mutacje lub zamierzonego modyfikacji, takich jak sztuczny ekspresji z telomerazy genu . Liczne linie komórkowe są dobrze znane jako reprezentatywne dla poszczególnych typów komórek .

Utrzymywanie komórek w hodowli

W przypadku większości izolowanych komórek pierwotnych przechodzą one proces starzenia i przestają się dzielić po określonej liczbie podwojeń populacji, zachowując na ogół swoją żywotność (opisaną jako granica Hayflicka ).

Butelka pożywki do hodowli komórek DMEM

Poza temperaturą i mieszaniną gazów, najpowszechniej zróżnicowanym czynnikiem w systemach hodowlanych jest pożywka do wzrostu komórek . Receptury na podłoża wzrostowe mogą różnić się pod względem pH , stężenia glukozy, czynników wzrostu i obecności innych składników odżywczych. Czynniki wzrostu stosowane do uzupełniania pożywek często pochodzą z surowicy krwi zwierzęcej, takiej jak płodowa surowica bydlęca (FBS), bydlęca surowica cielęca, końska surowica i świńska surowica. Jedną z komplikacji związanych z tymi składnikami pochodzącymi z krwi jest możliwość zanieczyszczenia kultury wirusami lub prionami , szczególnie w zastosowaniach biotechnologii medycznej . Obecna praktyka polega na minimalizowaniu lub eliminowaniu stosowania tych składników, gdy tylko jest to możliwe, i stosowaniu lizatu ludzkich płytek krwi (hPL). Eliminuje to obawy o zanieczyszczenie międzygatunkowe podczas stosowania FBS z komórkami ludzkimi. hPL stało się bezpieczną i niezawodną alternatywą jako bezpośredni zamiennik FBS lub innej surowicy zwierzęcej. Ponadto, chemicznie zdefiniowane pożywki mogą być użyte do usunięcia jakichkolwiek śladów surowicy (ludzkiej lub zwierzęcej), ale nie zawsze można to osiągnąć z różnymi typami komórek. Alternatywne strategie obejmują pozyskiwanie krwi zwierzęcej z krajów o minimalnym ryzyku BSE / TSE , takich jak Stany Zjednoczone, Australia i Nowa Zelandia, oraz stosowanie do hodowli komórkowych oczyszczonych koncentratów odżywczych pochodzących z surowicy zamiast pełnej surowicy zwierzęcej.

Gęstość wysiewu (liczba komórek na objętość pożywki hodowlanej) odgrywa kluczową rolę w przypadku niektórych typów komórek. Na przykład, niższą gęstość posiewu czyni komórki ziarniste wykazują produkcję estrogenów, podczas gdy większa gęstość poszycia sprawia, że pojawiają się progesteron produkującego warstw osłonki komórek luteiny .

Komórki można hodować w zawiesinach lub w hodowlach przylegających. Niektóre komórki naturalnie żyją w zawiesinie, nie są przyczepione do powierzchni, tak jak komórki obecne w krwiobiegu. Istnieją również linie komórkowe, które zostały zmodyfikowane tak, aby mogły przetrwać w hodowlach zawiesinowych, dzięki czemu można je hodować do większej gęstości, niż pozwalałyby na to warunki przylegania. Komórki przylegające wymagają powierzchni, takiej jak plastik do hodowli tkankowych lub mikronośnik , który może być pokryty składnikami macierzy zewnątrzkomórkowej (takimi jak kolagen i laminina) w celu zwiększenia właściwości adhezyjnych i dostarczenia innych sygnałów potrzebnych do wzrostu i różnicowania. Większość komórek pochodzących z tkanek litych przylega. Innym typem kultury przylegającej jest kultura organotypowa, która obejmuje hodowlę komórek w środowisku trójwymiarowym (3D), w przeciwieństwie do dwuwymiarowych naczyń hodowlanych. Ten system hodowli 3D jest biochemicznie i fizjologicznie bardziej podobny do tkanki in vivo , ale technicznie trudny do utrzymania z powodu wielu czynników (np. dyfuzji).

Pożywki podstawowe do hodowli komórkowych

Istnieją różne rodzaje podłoży do hodowli komórkowych, które są rutynowo stosowane w naukach przyrodniczych, w tym:

Składniki pożywek do hodowli komórkowych

Składnik Funkcjonować
Źródło węgla ( glukoza / glutamina ) Źródło energii
Aminokwas Bloki budulcowe białka
Witaminy Promuj przeżycie i wzrost komórek
Zbilansowany roztwór soli Izotoniczny mieszaninę jonów utrzymania optymalnego ciśnienia osmotycznego wewnątrz komórki i zapewnia podstawowe jony metali, aby działać jako kofaktorów w reakcjach enzymatycznych, adhezji, itp
Czerwony barwnik fenolowy wskaźnik pH . Kolor czerwieni fenolowej zmienia się z pomarańczowego/czerwonego przy pH 7-7,4 na żółty przy kwaśnym (niższym) pH i fioletowy przy zasadowym (wyższym) pH.
Bufor wodorowęglanowy/HEPES Służy do utrzymania zrównoważonego pH w mediach

Typowe warunki wzrostu

Parametr
Temperatura 37 °C
CO2 5%
Wilgotność względna 95%

Zanieczyszczenie krzyżowe linii komórkowych

Zanieczyszczenie krzyżowe linii komórkowych może stanowić problem dla naukowców pracujących z hodowanymi komórkami. Badania sugerują, że w 15-20% przypadków komórki używane w eksperymentach zostały błędnie zidentyfikowane lub zanieczyszczone inną linią komórkową. Problemy z krzyżowym zanieczyszczeniem linii komórkowych wykryto nawet w liniach z panelu NCI-60 , które są rutynowo wykorzystywane do badań przesiewowych leków. Główne repozytoria linii komórkowych, w tym American Type Culture Collection (ATCC), European Collection of Cell Cultures (ECACC) oraz German Collection of Microorganisms and Cell Cultures (DSMZ), otrzymały zgłoszenia linii komórkowych od naukowców, którzy zostali przez nich błędnie zidentyfikowani. Takie zanieczyszczenie stanowi problem dla jakości badań prowadzonych przy użyciu linii hodowli komórkowych, a główne repozytoria weryfikują obecnie wszystkie zgłoszenia linii komórkowych. ATCC wykorzystuje odciski palców DNA z krótkimi powtórzeniami tandemowymi (STR) w celu uwierzytelnienia swoich linii komórkowych.

Aby rozwiązać ten problem zanieczyszczenia krzyżowego linii komórkowych, zachęca się naukowców do uwierzytelnienia swoich linii komórkowych we wczesnym pasażu w celu ustalenia tożsamości linii komórkowej. Uwierzytelnianie należy powtarzać przed zamrożeniem zapasów linii komórkowych, co dwa miesiące podczas aktywnej hodowli i przed jakąkolwiek publikacją danych badawczych uzyskanych przy użyciu linii komórkowych. Do identyfikacji linii komórkowych stosuje się wiele metod, w tym analizę izoenzymatyczną , typowanie antygenu ludzkich limfocytów (HLA), analizę chromosomów, kariotypowanie, morfologię i analizę STR .

Jednym ze znaczących zanieczyszczeń krzyżowych linii komórkowych jest nieśmiertelna linia komórkowa HeLa .

Inne kwestie techniczne

Ponieważ komórki generalnie dalej dzielą się w hodowli, na ogół rosną, aby wypełnić dostępny obszar lub objętość. Może to generować kilka problemów:

  • Ubytek składników odżywczych w pożywce wzrostowej
  • Zmiany pH pożywek wzrostowych
  • Nagromadzenie komórek apoptotycznych / martwiczych (martwych)
  • Kontakt między komórkami może stymulować zatrzymanie cyklu komórkowego, powodując, że komórki przestają się dzielić, co jest znane jako hamowanie kontaktu .
  • Kontakt między komórkami może stymulować różnicowanie komórek .
  • Zmiany genetyczne i epigenetyczne , z naturalną selekcją zmienionych komórek, potencjalnie prowadzącą do przerostu nieprawidłowych, przystosowanych do hodowli komórek o zmniejszonym różnicowaniu i zwiększonej zdolności proliferacyjnej.

Wybór pożywki hodowlanej może mieć wpływ na fizjologiczne znaczenie wyników eksperymentów z hodowlą komórkową ze względu na różnice w składzie i stężeniach składników odżywczych. Niedawno wykazano systematyczne odchylenie w wygenerowanych zestawach danych w przypadku ekranów wyciszania genów CRISPR i RNAi oraz profilowania metabolicznego linii komórek nowotworowych . Stosowanie pożywki wzrostowej, która lepiej odzwierciedla fizjologiczne poziomy składników odżywczych, może poprawić fizjologiczne znaczenie badań in vitro, a ostatnio opracowano takie typy pożywek, jak Plasmax i pożywka podobna do ludzkiego osocza (HPLM). 

Manipulacja hodowanymi komórkami

Wśród powszechnych manipulacji przeprowadzanych na komórkach hodowlanych są zmiany pożywki, pasażowanie komórek i transfekowanie komórek. Są one zazwyczaj wykonywane przy użyciu metod hodowli tkankowych, które opierają się na technice aseptycznej . Technika aseptyczna ma na celu uniknięcie zanieczyszczenia bakteriami, drożdżami lub innymi liniami komórkowymi. Manipulacje są zazwyczaj przeprowadzane w komorze bezpieczeństwa biologicznego lub w komorze z przepływem laminarnym, aby wykluczyć drobnoustroje zanieczyszczające. Do pożywek wzrostowych można również dodać antybiotyki (np. penicylinę i streptomycynę ) i środki przeciwgrzybicze (np. amfoterycyna B i roztwór Antibiotic-Antimycotic ).

Gdy komórki przechodzą procesy metaboliczne, wytwarzany jest kwas i spada pH. Często do pożywki dodaje się wskaźnik pH, aby zmierzyć niedobór składników odżywczych.

Zmiany w mediach

W przypadku kultur przylegających pożywkę można usunąć bezpośrednio przez aspirację, a następnie wymienić. Zmiany pożywek w nieprzylegających hodowlach obejmują odwirowanie hodowli i ponowne zawieszenie komórek w świeżej pożywce.

Pasażowanie komórek

Pasażowanie (znane również jako subkultura lub rozszczepianie komórek) polega na przeniesieniu niewielkiej liczby komórek do nowego naczynia. Komórki mogą być hodowane przez dłuższy czas, jeśli są regularnie dzielone, ponieważ pozwala to uniknąć starzenia związanego z przedłużającą się wysoką gęstością komórek. Hodowle zawiesinowe są łatwo pasażowane z niewielką ilością hodowli zawierającej kilka komórek rozcieńczonych w większej objętości świeżej pożywki. W przypadku hodowli przylegających komórki należy najpierw odłączyć; zwykle robi się to za pomocą mieszaniny trypsyny - EDTA ; jednak do tego celu dostępne są obecnie inne mieszanki enzymatyczne. Niewielką liczbę odłączonych komórek można następnie wykorzystać do zaszczepienia nowej kultury. Niektóre hodowle komórkowe, takie jak komórki RAW, są mechanicznie zdrapywane z powierzchni naczynia za pomocą gumowych skrobaczek.

Transfekcja i transdukcja

Inna powszechna metoda manipulacji komórkami polega na wprowadzaniu obcego DNA poprzez transfekcję . Jest to często wykonywane, aby spowodować ekspresję genu będącego przedmiotem zainteresowania w komórkach . Ostatnio transfekcję konstruktów RNAi zrealizowano jako wygodny mechanizm tłumienia ekspresji konkretnego genu/białka. DNA można również wprowadzać do komórek przy użyciu wirusów, metodami określanymi jako transdukcja , infekcja lub transformacja . Wirusy, jako czynniki pasożytnicze, dobrze nadają się do wprowadzania DNA do komórek, ponieważ jest to część ich normalnego toku rozmnażania.

Ugruntowane ludzkie linie komórkowe

Hodowane komórki HeLa zostały wybarwione preparatem Hoechst zmieniającym ich jądra na niebieski i są jedną z najwcześniejszych ludzkich linii komórkowych pochodzących od Henrietty Lacks , która zmarła na raka szyjki macicy, z którego pochodzą te komórki.

Linie komórkowe wywodzące się od ludzi budziły pewne kontrowersje w bioetyce , ponieważ mogą przeżyć swój organizm macierzysty, a później zostać wykorzystane do odkrywania lukratywnych metod leczenia. W pionierskim orzeczeniu w tej dziedzinie Sąd Najwyższy Kalifornii orzekł w sprawie Moore v. Regents z Uniwersytetu Kalifornijskiego, że pacjenci będący ludźmi nie mają praw własności do linii komórkowych pochodzących z narządów pobranych za ich zgodą.

Możliwe jest połączenie normalnych komórek z unieśmiertelnioną linią komórkową . Ta metoda służy do wytwarzania przeciwciał monoklonalnych . W skrócie, limfocyty wyizolowane ze śledziony (lub ewentualnie krwi) immunizowanego zwierzęcia łączy się z nieśmiertelną linią komórkową szpiczaka (linia komórek B) w celu wytworzenia hybrydomy, która ma specyficzność przeciwciała pierwotnego limfocytu i nieśmiertelność szpiczaka. Selektywna pożywka wzrostowa (HA lub HAT) jest stosowana do selekcji przeciwko niepołączonym komórkom szpiczaka; pierwotne limfocyty szybko umierają w hodowli i przeżywają tylko komórki połączone. Są one przeszukiwane pod kątem produkcji wymaganego przeciwciała, zazwyczaj w pulach na początku, a następnie po pojedynczym klonowaniu.

Szczepy komórkowe

Szczep komórkowy pochodzi z hodowli pierwotnej lub linii komórkowej przez selekcję lub klonowanie komórek o określonych właściwościach lub cechach, które muszą być określone. Szczepy komórkowe to komórki, które zostały przystosowane do hodowli, ale w przeciwieństwie do linii komórkowych mają ograniczony potencjał podziału. Nieunieśmiertelnione komórki przestają się dzielić po 40-60 podwojeniu populacji, a następnie tracą zdolność do proliferacji (zdarzenie uwarunkowane genetycznie, znane jako starzenie się).

Zastosowania hodowli komórkowej

Masowa hodowla linii komórek zwierzęcych ma fundamentalne znaczenie dla wytwarzania szczepionek wirusowych i innych produktów biotechnologii. Hodowla ludzkich komórek macierzystych służy do zwiększania liczby komórek i różnicowania komórek w różne typy komórek somatycznych do przeszczepu. Hodowla komórek macierzystych jest również wykorzystywana do zbierania cząsteczek i egzosomów uwalnianych przez komórki macierzyste w celu rozwoju terapeutycznego.

Produkty biologiczne wytwarzane technologią rekombinacji DNA (rDNA) w hodowlach komórek zwierzęcych obejmują enzymy , syntetyczne hormony , środki immunobiologiczne ( przeciwciała monoklonalne , interleukiny , limfokiny ) oraz środki przeciwnowotworowe . Chociaż wiele prostszych białek można wytwarzać przy użyciu rDNA w kulturach bakteryjnych, bardziej złożone białka, które są glikozylowane (modyfikowane węglowodanami) muszą być obecnie wytwarzane w komórkach zwierzęcych. Ważnym przykładem tak złożonego białka jest hormon erytropoetyna . Koszt hodowli kultur komórek ssaków jest wysoki, dlatego trwają badania nad wytwarzaniem tak złożonych białek w komórkach owadzich lub w roślinach wyższych, wykorzystanie pojedynczych komórek embrionalnych i zarodków somatycznych jako źródła bezpośredniego transferu genów poprzez bombardowanie cząsteczkami, ekspresję genów tranzytowych i Jednym z jego zastosowań jest obserwacja pod mikroskopem konfokalnym . Oferuje również potwierdzenie pochodzenia jednokomórkowego zarodków somatycznych oraz asymetrię pierwszego podziału komórkowego, który rozpoczyna ten proces.

Kultura komórkowa jest również kluczową techniką rolnictwa komórkowego , której celem jest dostarczanie zarówno nowych produktów, jak i nowych sposobów wytwarzania istniejących produktów rolnych, takich jak mleko, (hodowane) mięso , substancje zapachowe i róg nosorożca z komórek i mikroorganizmów. Dlatego jest uważany za jeden ze sposobów osiągnięcia rolnictwa wolnego od zwierząt . Jest to również centralne narzędzie do nauczania biologii komórki.

Hodowla komórkowa w dwóch wymiarach

Badania w inżynierii tkankowej , komórkach macierzystych i biologii molekularnej obejmują przede wszystkim hodowlę komórek na płaskich plastikowych szalkach. Ta technika jest znana jako dwuwymiarowa (2D) hodowla komórkowa i została po raz pierwszy opracowana przez Wilhelma Rouxa, który w 1885 roku usunął część płytki rdzeniowej zarodkowego kurczaka i utrzymywał ją w ciepłej soli fizjologicznej przez kilka dni na płaskiej szklance. talerz. Z postępu technologii polimerów powstały dzisiejsze standardowe plastikowe szalki do hodowli komórek 2D, powszechnie znane jako szalka Petriego . Julius Richard Petri , niemiecki bakteriolog , przypisuje się generalnie ten wynalazek , pracując jako asystent Roberta Kocha . Różni badacze używają dziś również do hodowli kolb laboratoryjnych , stożków, a nawet jednorazowych worków, takich jak te używane w jednorazowych bioreaktorach .

Oprócz szalek Petriego naukowcy od dawna hodują komórki w matrycach pochodzenia biologicznego, takich jak kolagen lub fibryna, a ostatnio na syntetycznych hydrożelach, takich jak poliakrylamid lub PEG. Robią to w celu wywołania fenotypów, które nie ulegają ekspresji na konwencjonalnie sztywnych podłożach. Rośnie zainteresowanie kontrolowaniem sztywności matrycy , koncepcją, która doprowadziła do odkryć w takich dziedzinach, jak:

  • Samoodnawianie komórek macierzystych
  • Specyfikacja rodowa
  • Fenotyp komórek rakowych
  • Zwłóknienie
  • Funkcja hepatocytów
  • Mechanodetekcja

Hodowla komórkowa w trzech wymiarach

Hodowla komórkowa w trzech wymiarach jest reklamowana jako "Nowy Wymiar Biologii". Obecnie praktyka hodowli komórek opiera się na różnych kombinacjach struktur jedno- lub wielokomórkowych w 2D. Obecnie obserwuje się wzrost wykorzystania kultur komórkowych 3D w obszarach badawczych, takich jak odkrywanie leków , biologia nowotworów, medycyna regeneracyjna , ocena nanomateriałów i podstawowe badania z zakresu nauk przyrodniczych. Hodowle komórek 3D można hodować przy użyciu rusztowania lub matrycy, albo w sposób bez rusztowania. Kultury oparte na rusztowaniu wykorzystują bezkomórkową matrycę 3D lub płynną matrycę. Metody bez rusztowania są zwykle generowane w zawiesinach. Istnieje wiele platform używanych do ułatwiania wzrostu trójwymiarowych struktur komórkowych, w tym systemy rusztowań, takie jak matryce hydrożelowe i rusztowania stałe, oraz systemy bez rusztowań, takie jak płytki o niskiej przyczepności, lewitacja magnetyczna z nanocząsteczkami i wiszące płytki zrzutowe. Hodowanie komórek w 3D prowadzi do dużej zmienności sygnatur ekspresji genów i częściowo naśladuje tkanki w stanach fizjologicznych.

Hodowla komórek 3D na rusztowaniach

Eric Simon w raporcie z grantu NIH SBIR z 1988 r. wykazał, że elektroprzędzenie może być wykorzystane do produkcji rusztowań z włókien polistyrenowych i poliwęglanowych w skali nano- i submikronowej, przeznaczonych specjalnie do stosowania jako substraty komórek in vitro . To wczesne zastosowanie elektroprzędzonych siatek włóknistych do hodowli komórek i inżynierii tkankowej wykazało, że różne typy komórek, w tym ludzkie fibroblasty napletka (HFF), przekształcony rak ludzki (HEp-2) i nabłonek płuc norki (MLE), będą przylegać i rozmnażać się na włóknach poliwęglanowych. . Zauważono, że w przeciwieństwie do spłaszczonej morfologii typowo obserwowanej w hodowli 2D, komórki hodowane na włóknach elektroprzędzonych wykazywały bardziej histotypową zaokrągloną trójwymiarową morfologię ogólnie obserwowaną in vivo .

Hodowla komórkowa 3D w hydrożelach

Ponieważ naturalna macierz zewnątrzkomórkowa (ECM) jest ważna dla przetrwania, proliferacji, różnicowania i migracji komórek, różne macierze hydrożelowe naśladujące naturalną strukturę ECM są postrzegane jako potencjalne podejścia do hodowli komórkowych podobnych do in vivo. Hydrożele składają się z połączonych ze sobą porów o dużej retencji wody, co umożliwia sprawny transport substancji, takich jak substancje odżywcze i gazy. Dostępnych jest kilka różnych typów hydrożeli z materiałów naturalnych i syntetycznych do hodowli komórek 3D, w tym hydrożele z ekstraktów zwierzęcych ECM, hydrożele białkowe, hydrożele peptydowe, hydrożele polimerowe i hydrożele nanocelulozowe na bazie drewna .

Hodowla komórek 3D za pomocą lewitacji magnetycznej

Komórki 3D Hodowanie przez magnetycznej lewitacji metody (MLM) jest zastosowanie rosnących tkanki 3D przez indukowania komórek poddanych działaniu zespołów nanocząstek magnetycznych przestrzennie różnych pól magnetycznych pomocą neodymu sterowniki magnetyczne i promowanie komórek interakcji komórek przez lewitacji komórek do powietrza / ciekły interfejs standardowej szalki Petriego. Magnetyczne zespoły nanocząstek składają się z magnetycznych nanocząstek tlenku żelaza, nanocząstek złota i polimeru polilizyny. Hodowla komórek 3D jest skalowalna, z możliwością hodowania od 500 komórek do milionów komórek lub od pojedynczej płytki do wysokowydajnych systemów o małej objętości.

Kultura tkankowa i inżynieria

Hodowla komórkowa jest podstawowym elementem hodowli tkankowej i inżynierii tkankowej , ponieważ ustanawia podstawy hodowli i utrzymywania komórek in vitro . Głównym zastosowaniem hodowli komórek ludzkich jest przemysł komórek macierzystych, gdzie mezenchymalne komórki macierzyste mogą być hodowane i kriokonserwowane do wykorzystania w przyszłości. Inżynieria tkankowa potencjalnie oferuje radykalną poprawę taniej opieki medycznej dla setek tysięcy pacjentów rocznie.

Szczepionki

Szczepionki na polio , odrę , świnkę , różyczkę i ospę wietrzną są obecnie wytwarzane w kulturach komórkowych. Ze względu na zagrożenie pandemią H5N1 , badania nad wykorzystaniem hodowli komórkowych do szczepionek przeciw grypie są finansowane przez rząd Stanów Zjednoczonych . Nowatorskie pomysły w tej dziedzinie obejmują szczepionki oparte na rekombinowanym DNA , takie jak te wykonane przy użyciu ludzkiego adenowirusa (wirusa przeziębienia) jako wektora oraz nowe adiuwanty.

Hodowla komórkowa w urządzeniu mikroprzepływowym

Hodowla komórek niessaczych

Poza hodowlą dobrze ugruntowanych unieśmiertelnionych linii komórkowych, komórki z pierwotnych eksplantów mnóstwa organizmów mogą być hodowane przez ograniczony czas, zanim nastąpi starzenie się (patrz granica Hayflicka). Hodowane komórki pierwotne są szeroko stosowane w badaniach, podobnie jak keratocyty ryb w badaniach migracji komórek.

Metody hodowli komórek roślinnych

Hodowle komórek roślinnych są typowo hodowane jako kultury zawiesinowe komórek w pożywce płynnej lub jako kultury kalusa na pożywce stałej. Hodowla niezróżnicowanych komórek roślinnych i kalusów wymaga odpowiedniej równowagi hormonów wzrostu roślin, auksyny i cytokininy .

Kultura komórek owadzich

Komórki pochodzące z Drosophila melanogaster (przede wszystkim komórki Schneidera 2 ) mogą być wykorzystywane do eksperymentów, które mogą być trudne do przeprowadzenia na żywych muchach lub larwach, takich jak badania biochemiczne lub badania z użyciem siRNA . Linie komórkowe pochodzące od robaka Spodoptera frugiperda , w tym Sf9 i Sf21 , oraz z pędzelka kapusty Trichoplusia ni , komórek High Five , są powszechnie stosowane do ekspresji rekombinowanych białek przy użyciu bakulowirusa .

Metody hodowli bakterii i drożdży

W przypadku bakterii i drożdży małe ilości komórek hoduje się zwykle na stałym podłożu, które zawiera osadzone w nim składniki odżywcze, zwykle w żelu, takim jak agar, podczas gdy kultury na dużą skalę hoduje się z komórkami zawieszonymi w pożywce bulionowej.

Metody hodowli wirusów

Hodowla wirusów wymaga hodowli komórek ssaczych, roślinnych, grzybowych lub bakteryjnych jako gospodarzy do wzrostu i replikacji wirusa. Całe wirusy typu dzikiego, wirusy rekombinowane lub produkty wirusowe mogą być generowane w typach komórek innych niż ich naturalni gospodarze w odpowiednich warunkach. W zależności od gatunku wirusa, infekcja i replikacja wirusa mogą powodować lizę komórek gospodarza i tworzenie łysinek wirusowych .

Wspólne linie komórkowe

Ludzkie linie komórkowe
Linie komórek naczelnych
Linie komórkowe myszy
Linie komórek nowotworowych szczura
Roślinne linie komórkowe
Linie komórkowe innych gatunków

Lista linii komórkowych

Linia komórkowa Oznaczający Organizm Pochodzenie tkanki Morfologia Spinki do mankietów
3T3-L1 "Transfer 3-dniowy, inokulum 3 x 10^5 komórek" Mysz Zarodek Fibroblast ECACC Celozaur
4T1 Mysz Sutek ATCC Celozaur
1321N1 Człowiek Mózg gwiaździak ECACC Celozaur
9L Szczur Mózg glejak zarodkowy ECACC Celozaur
A172 Człowiek Mózg glejak zarodkowy ECACC Celozaur
A20 Mysz chłoniak B Limfocyt B Celozaur
A253 Człowiek Przewód podżuchwowy Rak głowy i szyi ATCC Celozaur
A2780 Człowiek Jajnik Rak jajnika ECACC Celozaur
A2780ADR Człowiek Jajnik Odporna na adriamycynę pochodna A2780 ECACC Celozaur
A2780cis Człowiek Jajnik Odporna na cisplatynę pochodna A2780 ECACC Celozaur
A431 Człowiek Nabłonek skóry Rak kolczystokomórkowy ECACC Celozaur
A549 Człowiek Płuco Rak płuc ECACC Celozaur
AB9 Danio pręgowany Płetwa Fibroblast ATCC Celozaur
AHL-1 Płuco chomika ormiańskiego-1 Chomik Płuco ECACC Celozaur
ALC Mysz Szpik kostny Stroma PMID  2435412 Celozaur
B16 Mysz Czerniak ECACC Celozaur
B35 Szczur Nerwiak zarodkowy: neuroblastoma ATCC Celozaur
BCP-1 Człowiek PBMC Pierwotny chłoniak wysiękowy HIV+ ATCC Celozaur
BEAS-2B Nabłonek oskrzeli + hybryda wirusa adenowirusa 12-SV40 (Ad12SV40) Człowiek Płuco Nabłonkowy ECACC Celozaur
zgięcie.3 Śródbłonek mózgu 3 Mysz Mózg/ kora mózgowa Śródbłonek Celozaur
BHK-21 Nerka dziecka chomika-21 Chomik Nerka Fibroblast ECACC Celozaur
BOSC23 Linia komórek pakujących pochodząca z HEK 293 Człowiek Nerka (zarodkowa) Nabłonek Celozaur
BT-20 Guz piersi-20 Człowiek Nabłonek piersi Rak piersi ATCC Celozaur
BxPC-3 Ksenograft z biopsji linii 3 . raka trzustki Człowiek gruczolakorak trzustki Nabłonkowy ECACC Celozaur
C2C12 Mysz Mioblast ECACC Celozaur
C3H-10T1/2 Mysz Zarodkowa linia komórek mezenchymalnych ECACC Celozaur
C6 Szczur Astrocyt mózgu glejak ECACC Celozaur
C6/36 Owad - azjatycki komar tygrysi Tkanka larwalna ECACC Celozaur
Caco-2 Człowiek Okrężnica Rak jelita grubego ECACC Celozaur
Cal-27 Człowiek Język Rak kolczystokomórkowy ATCC Celozaur
Calu-3 Człowiek Płuco Rak gruczołowy ATCC Celozaur
CGR8 Mysz Embrionalne komórki macierzyste ECACC Celozaur
CHO Jajnik chomika chińskiego Chomik Jajnik Nabłonek ECACC Celozaur
CML T1 Przewlekła białaczka szpikowa Limfocyt T 1 Człowiek Faza ostra CML białaczka z komórek T DSMZ Celozaur
CMT12 Guz sutka u psów 12 Pies Sutek Nabłonek Celozaur
COR-L23 Człowiek Płuco Rak płuc ECACC Celozaur
COR-L23/5010 Człowiek Płuco Rak płuc ECACC Celozaur
COR-L23/CPR Człowiek Płuco Rak płuc ECACC Celozaur
COR-L23/R23- Człowiek Płuco Rak płuc ECACC Celozaur
COS-7 Cercopithecus aethiops , pochodzenie wadliwe SV-40 Małpa Starego Świata - Cercopithecus aethiops ( Chlorocebus ) Nerka Fibroblast ECACC Celozaur
COV-434 Człowiek Jajnik Rak jajnika ziarnistokomórkowego PMID  8436435 ECACC Celozaur
CT26 Mysz Okrężnica Rak jelita grubego Celozaur
D17 Pies Przerzuty do płuc Kostniakomięsak ATCC Celozaur
DAOY Człowiek Mózg rdzeniak zarodkowy ATCC Celozaur
DH82 Pies Histiocytoza Monocyt / makrofagi ECACC Celozaur
DU145 Człowiek Niewrażliwy na androgeny rak prostaty ATCC Celozaur
DuCaP Rak gruczołu krokowego Dura Mater Człowiek Rak prostaty z przerzutami Nabłonkowy PMID  11317521 Celozaur
E14Tg2a Mysz Embrionalne komórki macierzyste ECACC Celozaur
EL4 Mysz białaczka z komórek T ECACC Celozaur
EM-2 Człowiek Kryzys wybuchowy CML Linia Ph+ CML DSMZ Celozaur
EM-3 Człowiek Kryzys wybuchowy CML Linia Ph+ CML DSMZ Celozaur
EMT6/AR1 Mysz Sutek Nabłonkowaty ECACC Celozaur
EMT6/AR10.0 Mysz Sutek Nabłonkowaty ECACC Celozaur
FM3 Człowiek Przerzuty do węzłów chłonnych Czerniak ECACC Celozaur
GL261 glejak 261 Mysz Mózg glejak Celozaur
H1299 Człowiek Płuco Rak płuc ATCC Celozaur
HaCaT Człowiek Skóra Keratynocyt CLS Celozaur
HCA2 Człowiek Okrężnica Rak gruczołowy ECACC Celozaur
293 HEK Ludzka embrionalna nerka 293 Człowiek Nerka (zarodkowa) Nabłonek ECACC Celozaur
293 ton HEK Pochodna HEK 293 Człowiek Nerka (zarodkowa) Nabłonek ECACC Celozaur
Hela „Henrietta Brak” Człowiek nabłonek szyjki macicy Rak szyjki macicy ECACC Celozaur
Hepa1c1c7 Klon 7 klonu 1 linii wątrobiaka 1 Mysz wątrobiak Nabłonkowy ECACC Celozaur
Hep G2 Człowiek Wątroba Hepatoblastoma ECACC Celozaur
Piątka Owad (ćma) - Trichoplusia ni Jajnik Celozaur
HL-60 Białaczka ludzka-60 Człowiek Krew Mieloblast ECACC Celozaur
HT-1080 Człowiek Włókniakomięsak ECACC Celozaur
HT-29 Człowiek nabłonek okrężnicy Rak gruczołowy ECACC Celozaur
J558L Mysz Szpiczak Komórka limfocytu B ECACC Celozaur
Jurkat Człowiek białe krwinki białaczka z komórek T ECACC Celozaur
JY Człowiek Limfoblastoid Komórki B transformowane EBV ECACC Celozaur
K562 Człowiek Limfoblastoid Kryzys wybuchowy CML ECACC Celozaur
KBM-7 Człowiek Limfoblastoid Kryzys wybuchowy CML Celozaur
KCL-22 Człowiek Limfoblastoid CML DSMZ Celozaur
KG1 Człowiek Limfoblastoid AML ECACC Celozaur
Ku812 Człowiek Limfoblastoid Erytroleukemia ECACC Celozaur
KYO-1 Kioto-1 Człowiek Limfoblastoid CML DSMZ Celozaur
L1210 Mysz Białaczka limfocytowa Płyn puchlinowy ECACC Celozaur
L243 Mysz Hybrydoma Wydziela mAb L243 (przeciwko HLA-DR) ATCC Celozaur
LNCaP Rak węzła chłonnego prostaty Człowiek gruczolakorak prostaty Nabłonkowy ECACC Celozaur
MA-104 Współpracownicy mikrobiologiczni-104 Afrykańska Zielona Małpa Nerka Nabłonkowy Celozaur
MA2.1 Mysz Hybrydoma Wydziela mAb MA2.1 (przeciwko HLA-A2 i HLA-B17) ATCC Celozaur
Ma-Mel 1, 2, 3....48 Człowiek Skóra Szereg linii komórkowych czerniaka ECACC Celozaur
MC-38 Okrężnica myszy-38 Mysz Okrężnica Rak gruczołowy Celozaur
MCF-7 Michigan Cancer Foundation-7 Człowiek Pierś Inwazyjny rak przewodowy piersi ER+, PR+ ECACC Celozaur
MCF-10A Michigan Cancer Foundation-10A Człowiek Nabłonek piersi ATCC Celozaur
MDA-MB-157 MD Anderson - Pierś z przerzutami - 157 Człowiek Przerzuty wysięku opłucnowego Rak piersi ECACC Celozaur
MDA-MB-231 MD Anderson - Piersi z przerzutami-231 Człowiek Przerzuty wysięku opłucnowego Rak piersi ECACC Celozaur
MDA-MB-361 MD Anderson - Piersi z przerzutami-361 Człowiek Czerniak (skażony przez M14) ECACC Celozaur
MDA-MB-468 MD Anderson - Piersi z przerzutami-468 Człowiek Przerzuty wysięku opłucnowego Rak piersi ATCC Celozaur
MDCK II Madin Darby Canine Nerka II Pies Nerka Nabłonek ECACC Celozaur
MG63 Człowiek Kość Kostniakomięsak ECACC Celozaur
MIA PaCa-2 Człowiek Prostata Rak trzustki ATCC Celozaur
MOR/0,2R Człowiek Płuco Rak płuc ECACC Celozaur
Mono-Mac-6 Człowiek białe krwinki Mieloidalna metaplazja AML DSMZ Celozaur
MRC-5 Medical Research Council szczep 5 Człowiek Płuc (płód) Fibroblast ECACC Celozaur
MTD-1A Mysz Nabłonek Celozaur
Mój koniec Śródbłonek mięśnia sercowego Mysz Śródbłonek Celozaur
NCI-H69 Człowiek Płuco Rak płuc ECACC Celozaur
NCI-H69/CPR Człowiek Płuco Rak płuc ECACC Celozaur
NCI-H69/LX10 Człowiek Płuco Rak płuc ECACC Celozaur
NCI-H69/LX20 Człowiek Płuco Rak płuc ECACC Celozaur
NCI-H69/LX4 Człowiek Płuco Rak płuc ECACC Celozaur
Neuro-2a Mysz Nerw/ nerwiak niedojrzały Neuronowe komórki macierzyste ECACC Celozaur
NIH-3T3 NIH , przenoszące 3 dni inokulum 3 x 10 5 komórek Mysz Zarodek Fibroblast ECACC Celozaur
NALM-1 Człowiek Krew obwodowa CML w obliczu wybuchu kryzysu ATCC Celozaur
NK-92 Człowiek Białaczka/chłoniak ATCC Celozaur
NTERA-2 Człowiek Przerzuty do płuc Rak zarodkowy ECACC Celozaur
NW-145 Człowiek Skóra Czerniak ESTDAB Celozaur
ok Nerka oposa Opos wirginijski - Didelphis virginiana Nerka ECACC Celozaur
Linie komórkowe OPCN/OPCT Człowiek Prostata Zakres linii guza prostaty Celozaur
P3X63Ag8 Mysz Szpiczak ECACC Celozaur
PANC-1 Człowiek Kanał Rak nabłonkowy ATCC Celozaur
PC12 Szczur Rdzeń nadnerczy Guz chromochłonny ECACC Celozaur
PC-3 Rak prostaty-3 Człowiek Przerzuty do kości rak prostaty ECACC Celozaur
Rówieśnik Człowiek białaczka z komórek T DSMZ Celozaur
PNT1A Człowiek Prostata Linia nowotworowa przekształcona w SV40 ECACC Celozaur
PNT2 Człowiek Prostata Linia nowotworowa przekształcona w SV40 ECACC Celozaur
Pt K2 Druga linia komórkowa pochodząca z Potorous tridactylis Potoroo z długim nosem - Potorous tridactylus Nerka Nabłonkowy ECACC Celozaur
Raji Człowiek chłoniak B limfoblastopodobny ECACC Celozaur
RBL-1 Szczur białaczka bazofilna-1 Szczur Białaczka Komórka bazofila ECACC Celozaur
RenCa Rak nerki Mysz Nerka Rak nerki ATCC Celozaur
RIN-5F Mysz Trzustka ECACC Celozaur
RMA-S Mysz Guz z komórek T Celozaur
S2 Schneidera 2 Owad - Drosophila melanogaster Późne stadium (20-24 godziny) zarodki ATCC Celozaur
SaOS-2 Mięsak Osteogenic-2 Człowiek Kość Kostniakomięsak ECACC Celozaur
Sf21 Spodoptera frugiperda 21 Owad (ćma) - Spodoptera frugiperda Jajnik ECACC Celozaur
Sf9 Spodoptera frugiperda 9 Owad (ćma) - Spodoptera frugiperda Jajnik ECACC Celozaur
SH-SY5Y Człowiek Przerzuty do szpiku kostnego Nerwiak zarodkowy: neuroblastoma ECACC Celozaur
SiHa Człowiek nabłonek szyjki macicy Rak szyjki macicy ATCC Celozaur
SK-BR-3 Rak piersi Sloana-Ketteringa 3 Człowiek Pierś Rak piersi DSMZ Celozaur
SK-OV-3 Rak jajnika Sloana-Ketteringa 3 Człowiek Jajnik Rak jajnika ECACC Celozaur
SK-N-SH Człowiek Mózg Nabłonkowy ATCC Celozaur
T2 Człowiek Białaczka z limfocytów T/ hybrydoma linii komórkowej B ATCC Celozaur
T-47D Człowiek Pierś Rak przewodowy piersi ECACC Celozaur
T84 Człowiek Przerzuty do płuc Rak jelita grubego ECACC Celozaur
T98G Człowiek Glioblastoma-gwiaździak Nabłonek ECACC Celozaur
THP-1 Człowiek Monocyt Ostra białaczka monocytowa ECACC Celozaur
U2OS Człowiek Kostniakomięsak Nabłonkowy ECACC Celozaur
U373 Człowiek Glioblastoma-gwiaździak Nabłonek ECACC Celozaur
U87 Człowiek Glioblastoma-gwiaździak Nabłonkowaty ECACC Celozaur
U937 Człowiek Białaczkowy chłoniak monocytowy ECACC Celozaur
VCaP Rak Kręgosłupa Prostaty Człowiek Przerzuty do kręgów rak prostaty ECACC Celozaur
Vero Z Esperanto: verda (zielona, ​​dla zielonej małpy) reno (nerka) Afrykańska małpa zielona - Chlorocebus sabaeus nabłonek nerki ECACC Celozaur
VG-1 Człowiek Pierwotny chłoniak wysiękowy Celozaur
WM39 Człowiek Skóra Czerniak ESTDAB Celozaur
WT-49 Człowiek Limfoblastoid ECACC Celozaur
YAC-1 Mysz Chłoniak ECACC Celozaur
YAR Człowiek Limfoblastoid Komórki B transformowane EBV Immunologia ludzka Celozaur ECACC

Zobacz też

Referencje i uwagi

Dalsza lektura

Zewnętrzne linki