Видове клетъчни линии

Клетъчните биолози отглеждат клетки в своята лаборатория, за да разкрият тайните на нормалната и анормална клетъчна активност. Клетките от хора, животни, растения и микроорганизми се изолират и култивират, за да се развият клетъчни линии за научни изследвания. Много видове изследвания на клетъчни линии имат голямо приложение в областта на медицинската наука. Например клетъчните линии се използват за изследване на генетични мутации, лечение на рак, скрининг на лекарства, стареене, метаболизъм и ваксини.

Лабораторни изследователи култивират големи популации от клетки от една или повече родителски клетки. Клетъчната култура произхожда от клетки на първичен донор на тъкан или от клетъчна линия, закупена чрез клетъчна биобанка. Култивираните клетки се размножават в растежна среда при внимателно регулирани условия. Клетъчните култури са безценни при диагностицирането на инфекции и аномалии, тестването на нови лекарства и изучаването на заболявания като рак, според Национален институт по рака.

Учените внимателно изучават клетки, култивирани от хора, животни, растения, бактерии и дрожди. Някои клетъчни култури притежават способността да се делят безкрайно. Първични култури са клетки, изолирани от тъкан и отглеждани, докато клетките достигнат максимален капацитет (сливане) за своя контейнер. След това клетките се прехвърлят в a втори съд, съдържащ прясна среда, за да се насърчи продължаващото размножаване на клетките.

Всяка репликация на клетки увеличава шансовете за митотична грешка и излагане на замърсяване. Процесът е подобен на стареенето. Повечето клетки могат да се репликират толкова много пъти, преди да умрат естествено или да влязат в период на покой, наречен стареене. Клетъчните линии, съставени от смъртни клетки, които не могат да живеят вечно, са посочени като крайни клетъчни линии.

Някои клетки спонтанно придобиват способността да се размножават безкрайно. В лабораторията, безсмъртие може да се индуцира чрез трансформиране на клетки химически или с вируси. Популациите от безсмъртни клетки са известни като непрекъснати клетъчни линии. Повечето крайни и непрекъснати клетъчни линии са зависими от закотвяне, което означава, че тяхното съществуване зависи от богати на хранителни вещества субстрати, газове, ензими, правилно pH и подходяща температура.

Трябва да се внимава да се предпазят крайните и непрекъснати клетъчни линии от инфекция и нестабилност на гените, които могат да възникнат при множество трансфери. Проблемът може да бъде отстранен чрез криогенно съхранение. Замразяването на клетки с течен азот изисква постоянно наблюдение на температурата и резервно охлаждане в случай на прекъсване на електрозахранването или прекъсване на оборудването.

Субкултивираните клетки, взети от първична култура, започват клетъчна линия. Освен ако не е променено друго, нормалните клетки от първична култура имат програмирана продължителност на живота, което означава, че са крайни. Преобладават най-силните и бързо растящи клетки и пораждат еднаквост в популацията. Всеки трансфер се нарича a пасаж.

Линии на стволови клетки са много почитани от изследователите, защото стволовата клетка има силата да се репликира или диференцира в много видове специализирани клетки като неврони или остеоцити. Стволовите клетки възстановяват увредените тъкани и регенерират липсващите крайници при някои видове. Изследванията на стволови клетки могат да доведат до напредък в лечението на често срещани заболявания като коронарна болест и диабет. Въпреки това, все още има какво да се научи в областта на регенеративната медицина, според Национални здравни институти.

Клетъчните щамове са субпопулации от клетъчна линия. Клетъчните щамове произлизат от клетки, които бяха отстранени от клетъчната линия и генетично променени чрез клониране или предаване на вирус, например. Клетъчен щам може също да бъде резултат от замърсяване по време на процеса на трансфер.

HeLa клетки са най-старата клетъчна линия в Съединените щати, според Джон Хопкинс медицина уебсайт. Клетките HeLa са кръстени на Хенриета Лакс, майка на пет деца, починали през 1951 г. на 31-годишна възраст от агресивна форма на рак на маточната шийка. Лекарите в болница „Джон Хопкинс“ се стреснаха колко бързо расте биопсираният тумор на Хенриета в лабораторията.

Диво растящите туморни HeLa клетки ги правят подходящи за тестване на ефектите на експерименталните лекарства върху раковите клетки преди клинични изпитвания върху хора. Изследванията на HeLa клетки са довели до много новаторски открития. Забележително е, че тази клетъчна линия се използва и до днес в изследователски лаборатории по целия свят.

Животински клетъчни линии включват клетки, взети от стотици животински видове. Изучаването на животински клетъчни линии и техния произход и характеристики предизвиква по-задълбочено разбиране на биологията на развитието, генната експресия и еволюция. Констатациите имат значение и за човешката физиология. Изследването на култури от клетъчни линии на животни намалява зависимостта от лабораторните животни. Примерите включват:

• Клетъчни линии на жаба.
  
• Клетъчни линии на хамстер.
  
• Клетъчни линии на мишката.
  
• Клетъчни линии на плъхове.
  
• Кучешки клетъчни линии.
  

Културен човешки клетъчни линии трябва да се получи от реномирана банка клетки, която следва строги протоколи за идентификация и съхранение. Погрешното идентифициране на клетъчната линия ограничава валидността на констатациите и обобщаемостта на резултатите от изследователя. Много видове човешки клетки се каталогизират в клетъчни банки за изследвания и изследвания на лекарства:

• jcam1.6 човешки лимфоцити.
  
• J82 човешки клетки на пикочния мехур.
  
• kmst-6 човешки кожни клетки.
  
• hela229 човешки цервикални клетки.
  

Клетъчни линии на рака с тумори и генетични мутации предлагат важна представа за това как настъпват и напредват промените в гените. Научаването на повече за генезиса на тумори може да предложи подобрено лечение с лекарства и препоръчани промени в начина на живот. Например при мутации на гена RAS се наблюдават ракови заболявания на дебелото черво, панкреаса, пикочния мехур и яйчниците, които не реагират добре на EGFR-инхибиращите лекарства. Култивирането на клетъчни линии с генна мутация RAS би осигурило модел за тестване на алтернативно лечение с лекарства.

Изогенните клетъчни линии се проектират в лабораторията чрез вмъкване на ген в проба от клетки, изолирани от клетъчна линия. След това проектираните клетки се сравняват с клетки, получени директно от родителската клетка, която действа като контролна група. Например, инструментите за редактиране на кратки палиндромни повторения (CRISPR) могат да създадат изогенни клетъчни линии на онкогени за използване при тестване на нови лекарства за борба с рака. Изследванията, използващи изогенни клетъчни линии, също предлагат представа за това как генотипът влияе върху фенотипа.

Внимателно се обмисля изборът на най-подходящия тип клетъчна линия за планирано проучване. Целта на експеримента трябва да бъде движещ фактор при избора на тип клетка. Например, чернодробните клетки са добър избор при изследване на токсичността. Непрекъснатите клетъчни линии са по-лесни за поддържане в дългосрочен план.

Клетките, растящи в колба или културна чиния, се разпространяват в хранителната среда на техния контейнер, като в крайна сметка покриват повърхността, която се нарича сливане. Клетъчните биолози често отбелязват нивото на сливане, което се наблюдава при докладване на техните открития. Например, 80 процента сливане показва, че около 80 процента от повърхността е покрита от клетки.

Клетките обикновено се прехвърлят, преди да достигнат 100 процента сливане, за да ги поддържат активно да растат. Въпреки това, обезсмъртените клетки могат да продължат да се делят и да образуват слоеве. Скоростта на растеж на клетъчните линии варира според типа.

Замърсяването на култивирани клетъчни линии е сериозен проблем в медицинските изследвания. A 2015 статия в Наука цитира генетик Кристофър Корх, който казва, „... десетки хиляди публикации, милиони списания цитати и потенциално стотици милиони изследователски долари “са свързани с изследвания, използващи погрешно идентифицирани клетъчни линии. Полагат се усилия за излагане на често използвани клетъчни линии, които съдържат други видове клетки.

Примерите за груби грешки включват погрешно смяна на клетките на прасета или плъхове с човешки клетки и неразкриване на объркването при докладване на резултатите от проучването. Смята се също, че много човешки клетъчни линии са замърсени с бързо растящи HeLa клетки, които изпреварват останалите делящи се клетки, ако неволно възникне контакт. Групи като Международния комитет за удостоверяване на клетъчните линии работят за коригиране на ситуацията, като изискват проверка на самоличността на образеца при стартиране на проучване.