Coltura cellulare

All'interno di un incubatore a CO ₂ con piastre e flaconi per colture cellulari

Quando la coltura cellulare è la coltivazione di cellule animali o vegetali in un mezzo nutritivo al di fuori dell'organismo a cui si fa riferimento. Le linee cellulari sono cellule di un tipo di tessuto che possono riprodursi indefinitamente nel corso di questa coltura cellulare. Entrambi immortalizzate (immortali) linee cellulari e cellule primarie sono coltivate (coltura primaria). Una coltura primaria è una coltura cellulare non immortalata ottenuta direttamente da un tessuto. Le colture cellulari sono ampiamente utilizzate nella ricerca, nello sviluppo e nella produzione biologica e medica.

storia

Fin dall'inizio della ricerca scientifica, ci sono stati sforzi per mantenere in vita cellule e tessuti al di fuori di un organismo per poterli esaminare più da vicino. Wilhelm Roux riuscì per la prima volta nel 1885 a mantenere in vita cellule embrionali di pollo per diversi giorni in una soluzione salina, dimostrando così il principio di base. Nel 1913, Alexis Carrel dimostrò che le cellule possono crescere più a lungo nella coltura cellulare purché siano alimentate e mantenute asettiche .

Si ritiene che la linea cellulare animale più antica sia il sarcoma adesivo , un tumore infettivo di origine naturale sorto tra i 200 e gli 11.000 anni fa. Fin dal suo inizio, il sarcoma adesivo ha accumulato circa 1,9 milioni di mutazioni e sono stati eliminati 646 geni .

Negli anni 1951/1952 fu istituita per la prima volta una linea cellulare umana immortale da un carcinoma della cervice uterina , che in seguito divenne nota con il nome di HeLa . Nei decenni successivi, i mezzi nutritivi, i fattori di crescita e le condizioni in particolare sono stati ulteriormente sviluppati e sono state stabilite nuove linee cellulari. Nel 1975, César Milstein e Georges Köhler scoprirono la possibilità di produrre anticorpi monoclonali attraverso la fusione cellulare di linfociti con cellule cancerose utilizzando la tecnica dell'ibridoma . Per questa scoperta hanno ricevuto nel 1984 il Premio Nobel per la Fisiologia o la Medicina . Inoltre, in questi anni sono stati sviluppati metodi per l'introduzione mirata e l'espressione di geni nelle cellule, la cosiddetta trasfezione .

Le cellule somatiche che non si sono ancora differenziate - le cosiddette cellule staminali - sono state isolate per la prima volta nel 1981 dalle blastocisti di un topo embrionale. Tendono a differenziarsi spontaneamente in vitro . Ciò può essere prevenuto da fattori che promuovono l'auto-rinnovamento delle cellule. Diverse di queste sostanze sono state identificate dalla fine degli anni '80. La ricerca in questo campo è attualmente focalizzata sulla coltivazione e sulla differenziazione mirata di cellule staminali sia embrionali che adulte.

principio

La maggior parte del lavoro con le cellule si svolge in un laboratorio di coltura cellulare . Le colture primarie possono essere create da tessuti diversi , ad esempio da embrioni interi o da singoli organi come pelle, reni, ecc. Il tessuto viene trattato con una proteasi , ad esempio tripsina , che scompone le proteine che mantengono la struttura cellulare. Questo fa sì che le cellule si isolino. Aggiungendo fattori di crescita , alcuni tipi di cellule possono essere stimolati a dividersi in modo mirato. Per i tipi di cellule a scarsa crescita, vengono utilizzate anche cellule feeder , matrici simili a membrane basali e componenti ricombinanti della matrice extracellulare .

Le cellule tumorali prelevate da un tessuto animale o umano vengono analizzate e selezionate dopo la crescita iniziale su un mezzo nutritivo mediante analisi degli antigeni di superficie ( immunocitologia ) o del genoma ( PCR e sequenziamento ) per poi portare in coltura un clone di cellule tumorali di grandi dimensioni . Le cellule possono anche essere geneticamente modificate introducendo un plasmide come vettore . Le cellule vengono prelevate dalla coltura madre e congelate in azoto liquido e sono quindi disponibili per la spedizione ad altri istituti di ricerca.

La maggior parte delle cellule ha una durata di vita limitata (limitata dal limite di Hayflick ), ad eccezione di alcune cellule derivate dal tumore. Dopo un certo numero di raddoppi, queste cellule entrano in senescenza e non si dividono più. Le linee cellulari stabilizzate o immortali hanno acquisito la capacità di dividersi indefinitamente, sia attraverso mutazioni casuali (nelle cellule tumorali) sia attraverso cambiamenti mirati (ad esempio attraverso l'espressione artificiale del gene della telomerasi ).

Viene inoltre fatta una distinzione tra cellule che crescono in modo aderente (su superfici), come i fibroblasti , le cellule endoteliali o le cellule della cartilagine, e le cellule in sospensione che crescono liberamente galleggiando nel mezzo nutritivo, come i linfociti . Le condizioni di coltura differiscono notevolmente tra le singole linee cellulari coltivate. I diversi tipi di cellule preferiscono diversi mezzi nutritivi che sono specificamente composti, ad esempio diversi valori di pH o concentrazioni di amminoacidi o sostanze nutritive. Di norma, le cellule di mammifero crescono in appositi incubatori a 37 ° C con un'atmosfera del 5% di CO ₂ . A seconda della velocità di divisione e della densità delle cellule, le associazioni cellulari vengono allentate ogni pochi giorni e distribuite a nuovi vasi (chiamati "passaggio" o "scissione"). Il numero di passaggio indica la frequenza con cui le celle sono già state transitate. Nel caso di cellule aderenti in coltura continua, le cellule vengono regolarmente isolate per evitare la confluenza e la associata inibizione del contatto cellulare .

I terreni di coltura sono, ad esempio, RPMI-1640 , Dulbecco's Modified Eagle Medium o Ham's F12 . Soluzioni saline bilanciate come i sali di Hanks o i sali di Earle vengono utilizzate per il lavaggio e lo stoccaggio a breve termine (pochi minuti) .

utilizzo

Le colture cellulari sono ampiamente utilizzate, in particolare nella ricerca e nello sviluppo. Il metabolismo, la divisione e molti altri processi cellulari possono quindi essere esaminati nella ricerca di base. Inoltre, le cellule coltivate vengono utilizzate come sistemi di test, ad esempio nello studio dell'effetto di sostanze sulla trasduzione del segnale e sulla tossicità della cellula. Questo riduce drasticamente anche il numero di esperimenti sugli animali .

Anche le colture cellulari di cellule di mammifero sono molto importanti per la produzione di una serie di prodotti biotecnologici. Ad esempio, gli anticorpi monoclonali per la ricerca e l'uso terapeutico in medicina vengono prodotti utilizzando la coltura cellulare. Sebbene le proteine ​​semplici possano essere prodotte anche nei batteri con minor sforzo, le proteine glicosilate devono essere prodotte in coltura cellulare, poiché questo è l'unico luogo in cui avviene la corretta glicosilazione delle proteine. Un esempio di questo è l' eritropoietina (EPO). Molti vaccini sono prodotti anche in coltura cellulare. I bioreattori sono utilizzati per lo sviluppo e l'implementazione di processi di coltura cellulare industriale , alcuni in colture di cellule di insetto . I bioreattori monouso sono di crescente interesse per la produzione di prodotti biofarmaceutici .

Nella propagazione delle piante viene prodotto nella coltura di tessuti vegetali da colture cellulari piante complete.

Linee di coltura cellulare

Va notato che il seguente elenco di linee di coltura cellulare è incompleto. L'ATCC da solo ha fino a 4.000 linee cellulari.

Guarda anche

• Collezione Cultura della Svizzera

letteratura

• Sabine Schmitz: Lo sperimentatore: la coltura cellulare . 1a edizione. Spectrum Academic Publishing House, 2007, ISBN 978-3-8274-1564-6 .
• Toni Lindl, Gerhard Gstraunthaler: Colture cellulari e tissutali. Dalle basi al banco da laboratorio. 6a edizione. Spectrum Academic Publishing House, 2008, ISBN 978-3-8274-1776-3 .
• WW Minuth, L. Denk: Esperimenti di coltura avanzata con cellule aderenti. - Dalle singole cellule ai tessuti specializzati in coltura di perfusione. Pubblicazione ad accesso aperto. Università di Regensburg 2011, ISBN 978-3-88246-330-9 .

Evidenze individuali

1. ↑ C. Murgia, JK Pritchard, SY Kim, A. Fassati, RA Weiss: origine clonale ed evoluzione di un cancro trasmissibile. In: Cell (2006), Vol. 126 (3), pp. 477-487. PMID 16901782 ; PMC 2593932 (testo completo gratuito).
2. ^ ID O'Neill: Revisione concisa: tumori animali trasmissibili come modelli del processo delle cellule staminali del cancro. In: Stem Cells (2011), Volume 29 (12), pp. 1909-1914. doi: 10.1002 / gambo.751 . PMID 21956952 .
3. ^ ^{A b} H. G. Parker, EA Ostrander: Hiding in Plain View-An Ancient Dog in the Modern World. In: Scienza. 343, 2014, pp. 376-378, doi: 10.1126 / science.1248812 .
4. ↑ Luoghi di interesse
5. ^ Linee cellulari ATCC. Estratto il 6 febbraio 2018 . 
6. ↑ Zbigniew Ruszczak, Michael Detmar et al.: Effetti di rIFN alfa, beta e gamma sulla morfologia, sulla proliferazione e sull'espressione dell'antigene sulla superficie cellulare delle cellule endoteliali microvascolari dermiche umane in vitro. In: Journal of Investigative Dermatology. 95, 1990, pp. 693-699, doi: 10.1111 / 1523-1747.ep12514496 .