Arten von Zelllinien

Zellbiologen züchten Zellen in ihrem Labor, um die Geheimnisse der normalen und abnormalen Zellaktivität zu lüften. Zellen von Menschen, Tieren, Pflanzen und Mikroorganismen werden isoliert und kultiviert, um Zelllinien für Forschungsstudien zu entwickeln. Viele Arten von Zelllinienstudien finden große Anwendung auf dem Gebiet der Medizin. Zelllinien werden beispielsweise verwendet, um genetische Mutationen, Krebsbehandlungen, Medikamenten-Screening, Alterung, Stoffwechsel und Impfstoffe zu untersuchen.

Laborforscher kultivieren große Zellpopulationen aus einer oder mehreren Elternzellen. Eine Zellkultur stammt aus Zellen eines primären Gewebespenders oder aus einer Zelllinie, die über eine Zellbiobank erworben wurde. Kultivierte Zellen proliferieren in einem Wachstumsmedium unter sorgfältig regulierten Bedingungen. Zellkulturen sind von unschätzbarem Wert bei der Diagnose von Infektionen und Anomalien, beim Testen neuer Medikamente und bei der Untersuchung von Krankheiten wie Krebs, so die Nationales Krebs Institut.

Wissenschaftler untersuchen sorgfältig Zellen, die von Menschen, Tieren, Pflanzen, Bakterien und Hefen gezüchtet wurden. Einige Zellkulturen besitzen die Fähigkeit, sich unbegrenzt zu teilen. Primärkulturen sind Zellen, die aus Gewebe isoliert und gezüchtet werden, bis die Zellen die maximale Kapazität (Konfluenz) für ihren Behälter erreichen. Zellen werden dann nach a. übertragen sekundär Gefäß mit frischem Medium, um eine fortgesetzte Zellvermehrung zu fördern.

Jede Zellreplikation erhöht die Wahrscheinlichkeit von Mitosefehlern und Kontamination. Der Prozess ähnelt dem Altern. Die meisten Zellen können sich nur so oft vermehren, bevor sie auf natürliche Weise absterben oder in eine Ruhephase eintreten, die als Seneszenz bezeichnet wird. Zelllinien, die aus sterblichen Zellen bestehen, die nicht ewig leben können, werden als. bezeichnet endliche Zelllinien.

Einige Zellen spontan die Fähigkeit erwerben, sich unbegrenzt zu vermehren. Im Labor, Unsterblichkeit kann durch chemische Transformation von Zellen oder mit Viren induziert werden. Populationen unsterblicher Zellen sind bekannt als kontinuierliche Zelllinien. Die meisten endlichen und kontinuierlichen Zelllinien sind Verankerungsabhängig, d.h. ihre Existenz hängt von nährstoffreichen Substraten, Gasen, Enzymen, dem richtigen pH-Wert und einer geeigneten Temperatur ab.

Es muss darauf geachtet werden, endliche und kontinuierliche Zelllinien vor Infektionen und Geninstabilität zu schützen, die bei Mehrfachtransfers auftreten können. Das Problem kann durch kryogene Lagerung behoben werden. Das Einfrieren von Zellen mit flüssigem Stickstoff erfordert eine kontinuierliche Temperaturüberwachung und Backup-Kühlung bei Stromausfällen oder Gerätebrüchen.

Subkultivierte Zellen, die einer Primärkultur entnommen wurden, beginnen eine Zelllinie. Sofern nicht anders verändert, haben normale Zellen aus einer Primärkultur eine programmierte Lebensdauer, das heißt sie sind endlich. Die stärksten, am schnellsten wachsenden Zellen überwiegen und führen zu einer Einheitlichkeit in der Population. Jede Übertragung heißt a Passage.

Stammzelllinien werden von Forschern hoch verehrt, weil eine Stammzelle die Fähigkeit hat, sich selbst zu replizieren oder sich in viele Arten spezialisierter Zellen zu differenzieren, wie z Neuronen oder Osteozyten. Stammzellen reparieren beschädigtes Gewebe und regenerieren bei einigen Arten fehlende Gliedmaßen. Stammzellstudien könnten zu Fortschritten bei der Behandlung von Volkskrankheiten wie Koronarerkrankungen und Diabetes führen. Allerdings gibt es im Bereich der regenerativen Medizin noch viel zu lernen, so die Nationales Gesundheitsinstitut.

Zellstämme sind Subpopulationen einer Zelllinie. Zellstämme stammen von Zellen ab, die aus der Zelllinie entnommen und beispielsweise durch Klonen oder Übertragung eines Virus genetisch verändert wurden. Ein Zellstamm kann auch durch Kontamination während des Transferprozesses entstehen.

HeLa-Zellen sind die älteste Zelllinie in den Vereinigten Staaten, laut der John Hopkins Medizin Webseite. HeLa-Zellen sind nach Henrietta Lacks benannt, einer Mutter von fünf Kindern, die 1951 im Alter von 31 Jahren an einer aggressiven Form von Gebärmutterhalskrebs starb. Die Ärzte des John Hopkins Hospitals waren überrascht, wie schnell Henriettas biopsierter Tumor im Labor wuchs.

Wild wachsende tumoröse HeLa-Zellen machen sie gut geeignet, um die Wirkung experimenteller Medikamente auf Krebszellen vor klinischen Studien am Menschen zu testen. HeLa-Zellstudien haben zu vielen bahnbrechenden Entdeckungen geführt. Bemerkenswerterweise wird diese Zelllinie noch heute in Forschungslabors weltweit verwendet.

Tierische Zelllinien umfassen Zellen von Hunderten von Tierarten. Das Studium tierischer Zelllinien und deren Ursprung und Eigenschaften führt zu einem tieferen Verständnis der Entwicklungsbiologie, Genexpression und Evolution. Erkenntnisse haben auch Bedeutung für die menschliche Physiologie. Die Erforschung tierischer Zelllinienkulturen verringert die Abhängigkeit von Labortieren. Beispiele beinhalten:

• Froschzelllinien.
  
• Hamster-Zelllinien.
  
• Zelllinien der Maus.
  
• Zelllinien der Ratte.
  
• Zelllinien des Hundes.
  

Kultiviert menschliche Zelllinien müssen von einer seriösen Zellbank bezogen werden, die strengen Protokollen zur Identifizierung und Speicherung folgt. Eine falsche Identifizierung der Zelllinie schränkt die Gültigkeit der Ergebnisse und die Verallgemeinerbarkeit der Ergebnisse eines Forschers ein. Viele Arten menschlicher Zellen werden in Zellbanken für Forschungs- und Arzneimitteltests katalogisiert:

• jcam1.6 menschliche Lymphozyten.
  
• J82 menschliche Blasenzellen.
  
• kmst-6 menschliche Hautzellen.
  
• hela229 humane zervikale Zellen.
  

Krebszelllinien mit Tumoren und genetischen Mutationen bieten wichtige Erkenntnisse darüber, wie Veränderungen an Genen ablaufen und fortschreiten. Mehr über die Entstehung von Tumoren zu erfahren, kann auf verbesserte medikamentöse Behandlungen und empfohlene Änderungen des Lebensstils hinweisen. Mutationen des RAS-Gens sind beispielsweise Krebserkrankungen des Dickdarms, der Bauchspeicheldrüse, der Blase und der Eierstöcke, die nicht gut auf EGFR-hemmende Medikamente ansprechen. Die Kultivierung von Zelllinien mit der RAS-Gen-Mutation würde ein Modell zum Testen alternativer medikamentöser Behandlungen bieten.

Isogene Zelllinien werden im Labor hergestellt, indem ein Gen in eine Probe von Zellen eingefügt wird, die aus einer Zelllinie isoliert wurden. Die gentechnisch veränderten Zellen werden dann mit Zellen verglichen, die direkt von der Elternzelle stammen, die als Kontrollgruppe fungiert. So können zum Beispiel mit Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeat (CRISPR) Gen-Editing-Tools isogene Zelllinien von Onkogenen zur Verwendung beim Testen neuer krebsbekämpfender Medikamente erzeugt werden. Studien mit isogenen Zelllinien bieten auch Einblicke in den Einfluss des Genotyps auf den Phänotyp.

Bei der Auswahl des am besten geeigneten Zelllinientyps für eine geplante Studie wird sorgfältig überlegt. Der Zweck des Experiments sollte ein treibender Faktor bei der Auswahl des Zelltyps sein. Leberzellen sind beispielsweise eine gute Wahl bei der Untersuchung der Toxizität. Kontinuierliche Zelllinien sind leichter langfristig zu erhalten.

Zellen, die in einem Kolben oder einer Kulturschale wachsen, verteilen sich über das Nährmedium ihres Behälters und bedecken schließlich die Oberfläche, was als Konfluenz bezeichnet wird. Zellbiologen notieren oft den Grad der Konfluenz, der bei der Berichterstattung über ihre Ergebnisse beobachtet wurde. 80 Prozent Konfluenz bedeutet beispielsweise, dass etwa 80 Prozent der Oberfläche von Zellen bedeckt sind.

Zellen werden normalerweise übertragen, bevor sie 100 Prozent Konfluenz erreichen, damit sie aktiv wachsen. Immortalisierte Zellen können sich jedoch weiterhin teilen und Schichten bilden. Die Wachstumsrate der Zelllinien variiert je nach Typ.

Die Kontamination von kultivierten Zelllinien ist ein ernstes Problem in der medizinischen Forschung. EIN Artikel aus dem Jahr 2015 im Wissenschaft zitierte den Genetiker Christopher Korch mit den Worten: „…Zehntausende von Publikationen, Millionen von Zeitschriften Zitate und potenziell Hunderte Millionen von Forschungsgeldern“ sind mit Studien verbunden, die falsch identifizierte verwenden Zelllinien. Es werden Anstrengungen unternommen, um häufig verwendete Zelllinien zu exponieren, die andere Zelltypen enthalten.

Beispiele für schwerwiegende Fehler sind die Verwechslung von Zellen von Schweinen oder Ratten mit menschlichen Zellen und die Nichtoffenlegung der Verwechslung bei der Berichterstattung über die Ergebnisse der Studie. Es wird auch angenommen, dass viele menschliche Zelllinien mit schnell wachsenden HeLa-Zellen kontaminiert sind, die andere sich teilende Zellen übertreffen, wenn versehentlich ein Kontakt auftritt. Gruppen wie das International Cell Line Authentication Committee arbeiten daran, die Situation zu korrigieren, indem sie beim Start einer Studie eine Überprüfung der Probenidentität verlangen.