Τύποι κυτταρικών γραμμών

Οι κυτταρικοί βιολόγοι αναπτύσσουν κύτταρα στο εργαστήριό τους για να ξεκλειδώσουν τα μυστικά της φυσιολογικής και ανώμαλης κυτταρικής δραστηριότητας. Κύτταρα από ανθρώπους, ζώα, φυτά και μικροοργανισμούς απομονώνονται και καλλιεργούνται για να αναπτύξουν κυτταρικές σειρές για ερευνητικές μελέτες. Πολλοί τύποι μελετών κυτταρικής γραμμής έχουν μεγάλη εφαρμογή στον τομέα της ιατρικής επιστήμης. Για παράδειγμα, οι κυτταρικές σειρές χρησιμοποιούνται για τη διερεύνηση γενετικών μεταλλάξεων, θεραπειών καρκίνου, διαλογής φαρμάκων, γήρανσης, μεταβολισμού και εμβολίων.

Οι ερευνητές εργαστηρίου καλλιεργούν μεγάλους πληθυσμούς κυττάρων από ένα ή περισσότερα γονικά κύτταρα. Μια κυτταρική καλλιέργεια προέρχεται από κύτταρα ενός πρωτεύοντος δότη ιστού ή από μια κυτταρική σειρά που αγοράζεται μέσω μιας κυτταρικής βιο τράπεζας. Τα καλλιεργημένα κύτταρα πολλαπλασιάζονται σε μέσο ανάπτυξης υπό προσεκτικά ρυθμισμένες συνθήκες. Οι κυτταρικές καλλιέργειες είναι πολύτιμες για τη διάγνωση λοιμώξεων και ανωμαλιών, τη δοκιμή νέων φαρμάκων και τη μελέτη ασθενειών όπως ο καρκίνος, σύμφωνα με το

Οι επιστήμονες μελετούν προσεκτικά κύτταρα που καλλιεργούνται από ανθρώπους, ζώα, φυτά, βακτήρια και ζύμες. Ορισμένες κυτταρικές καλλιέργειες έχουν την ικανότητα να διαιρούνται επ 'αόριστον. Πρωτεύοντες πολιτισμοί είναι κύτταρα απομονωμένα από ιστό και αναπτύσσονται έως ότου τα κύτταρα φτάσουν τη μέγιστη χωρητικότητα (συμβολή) για τον περιέκτη τους. Τα κύτταρα στη συνέχεια μεταφέρονται σε ένα δευτερεύων δοχείο που περιέχει φρέσκο ​​μέσο για να ενθαρρύνει τον συνεχή πολλαπλασιασμό των κυττάρων.

Κάθε αναπαραγωγή κυττάρων αυξάνει τις πιθανότητες μιτωτικού σφάλματος και έκθεσης σε μόλυνση. Η διαδικασία είναι παρόμοια με τη γήρανση. Τα περισσότερα κύτταρα μπορούν να αναπαραχθούν μόνο πολλές φορές πριν πεθάνουν φυσικά ή να εισέλθουν σε μια περίοδο ανάπαυσης που ονομάζεται γήρανση. Οι κυτταρικές σειρές που αποτελούνται από θνητά κύτταρα που δεν μπορούν να ζήσουν για πάντα αναφέρονται ως πεπερασμένες κυτταρικές γραμμές.

Μερικά κελιά αποκτούν αυθόρμητα την ικανότητα πολλαπλασιασμού επ 'αόριστον. Στο εργαστήριο, αθανασία μπορεί να προκληθεί μετασχηματίζοντας κύτταρα χημικά ή με ιούς. Οι πληθυσμοί των αθάνατων κυττάρων είναι γνωστοί ως συνεχείς κυτταρικές γραμμές. Οι περισσότερες πεπερασμένες και συνεχείς κυτταρικές γραμμές είναι εξαρτάται από το αγκυροβόλιο, που σημαίνει ότι η ύπαρξή τους εξαρτάται από πλούσια σε θρεπτικά υποστρώματα, αέρια, ένζυμα, το σωστό pH και την κατάλληλη θερμοκρασία.

Πρέπει να ληφθεί μέριμνα για την προστασία πεπερασμένων και συνεχών κυτταρικών γραμμών από μόλυνση και γονιδιακή αστάθεια που μπορεί να συμβεί με πολλαπλές μεταφορές. Το πρόβλημα μπορεί να διορθωθεί με κρυογονική αποθήκευση. Η κατάψυξη κυττάρων με υγρό άζωτο απαιτεί συνεχή παρακολούθηση της θερμοκρασίας και εφεδρική ψύξη σε περίπτωση διακοπής ρεύματος ή διακοπής του εξοπλισμού.

Τα υποκαλλιεργημένα κύτταρα που λαμβάνονται από μια πρωτογενή καλλιέργεια ξεκινούν μια κυτταρική γραμμή. Εκτός αν αλλιώς αλλοιωθεί, τα φυσιολογικά κύτταρα από μια πρωτογενή καλλιέργεια έχουν προγραμματισμένη διάρκεια ζωής, που σημαίνει ότι είναι πεπερασμένα. Τα ισχυρότερα, ταχύτερα αναπτυσσόμενα κύτταρα κυριαρχούν και δημιουργούν ομοιομορφία στον πληθυσμό. Κάθε μεταφορά ονομάζεται a πέρασμα.

Γραμμές βλαστικών κυττάρων εκτιμώνται ιδιαίτερα από τους ερευνητές επειδή ένα βλαστικό κύτταρο έχει τη δύναμη να αναπαράγεται ή να διαφοροποιείται σε πολλούς τύπους εξειδικευμένων κυττάρων όπως νευρώνες ή οστεοκύτταρα. Τα βλαστοκύτταρα επιδιορθώνουν κατεστραμμένους ιστούς και αναγεννούν τα άκρα που λείπουν σε ορισμένα είδη. Μελέτες βλαστικών κυττάρων θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε πρόοδο στη θεραπεία κοινών ασθενειών όπως η στεφανιαία νόσος και ο διαβήτης. Ωστόσο, υπάρχουν ακόμη πολλά να μάθουμε στον τομέα της αναγεννητικής ιατρικής, σύμφωνα με το Εθνικά Ινστιτούτα Υγείας.

Τα κυτταρικά στελέχη είναι υποπληθυσμοί μιας κυτταρικής σειράς. Τα κυτταρικά στελέχη προέρχονται από κύτταρα που αφαιρέθηκαν από την κυτταρική γραμμή και γενετικά τροποποιήθηκαν μέσω κλωνοποίησης ή μετάδοσης ενός ιού, για παράδειγμα. Ένα στέλεχος κυττάρων μπορεί επίσης να προκύψει από μόλυνση κατά τη διάρκεια της διαδικασίας μεταφοράς.

Κύτταρα HeLa είναι η παλαιότερη κυτταρική γραμμή στις Ηνωμένες Πολιτείες, σύμφωνα με το Ιατρική John Hopkins δικτυακός τόπος. Τα κύτταρα HeLa πήραν το όνομά τους από την Henrietta Lacks, μητέρα πέντε παιδιών που πέθανε το 1951 σε ηλικία 31 ετών από μια επιθετική μορφή καρκίνου του τραχήλου της μήτρας. Οι γιατροί στο νοσοκομείο John Hopkins τρομάχτηκαν με το πόσο γρήγορα ο όγκος βιοψίας της Henrietta μεγάλωσε στο εργαστήριο.

Τα άγρια ​​αναπτυσσόμενα καρκινικά κύτταρα HeLa τα καθιστούν κατάλληλα για τη δοκιμή των επιπτώσεων των πειραματικών φαρμάκων στα καρκινικά κύτταρα πριν από τις κλινικές δοκιμές στον άνθρωπο. Μελέτες κυττάρων HeLa έχουν οδηγήσει σε πολλές πρωτοποριακές ανακαλύψεις. Είναι αξιοσημείωτο ότι αυτή η κυτταρική γραμμή εξακολουθεί να χρησιμοποιείται σήμερα σε ερευνητικά εργαστήρια παγκοσμίως.

Κυτταρικές γραμμές ζώων περιλαμβάνουν κύτταρα που λαμβάνονται από εκατοντάδες είδη ζώων. Η μελέτη των ζωικών κυτταρικών σειρών και της προέλευσής τους και των χαρακτηριστικών τους προκαλεί βαθύτερη κατανόηση της αναπτυξιακής βιολογίας, της γονιδιακής έκφρασης και της εξέλιξης. Τα ευρήματα έχουν σημασία και για την ανθρώπινη φυσιολογία. Η έρευνα σε καλλιέργειες ζωικών κυτταρικών γραμμών μειώνει την εξάρτηση από τα ζώα εργαστηρίου. Τα παραδείγματα περιλαμβάνουν:

• Βάτραχος κυτταρικές γραμμές.
  
• Κυτταρικές γραμμές χάμστερ.
  
• Κυτταρικές γραμμές ποντικιού.
  
• Κυτταρικές γραμμές αρουραίων.
  
• Κυτταρικές γραμμές σκύλου.
  

Καλλιεργημένος ανθρώπινες κυτταρικές γραμμές πρέπει να ληφθεί από μια αξιόπιστη τράπεζα κυττάρων που ακολουθεί αυστηρά πρωτόκολλα για την ταυτοποίηση και την αποθήκευση. Η εσφαλμένη αναγνώριση της κυτταρικής σειράς περιορίζει την εγκυρότητα των ευρημάτων και τη γενικευσιμότητα των αποτελεσμάτων ενός ερευνητή. Πολλοί τύποι ανθρώπινων κυττάρων καταγράφονται σε τράπεζες κυττάρων για έρευνες και μελέτες δοκιμών φαρμάκων:

• jcam1.6 ανθρώπινα λεμφοκύτταρα.
  
• Κύτταρα ανθρώπινης ουροδόχου κύστης J82.
  
• κύτταρα ανθρώπινου δέρματος kmst-6.
  
• hela229 ανθρώπινα κύτταρα του τραχήλου της μήτρας.
  

Κυτταρικές γραμμές καρκίνου με όγκους και γενετικές μεταλλάξεις προσφέρουν σημαντική εικόνα για τον τρόπο με τον οποίο συμβαίνουν αλλαγές στα γονίδια. Η εκμάθηση περισσότερων για τη γένεση των όγκων μπορεί να προτείνει βελτιωμένες θεραπείες φαρμάκων και προτεινόμενες αλλαγές στον τρόπο ζωής. Για παράδειγμα, οι μεταλλάξεις του γονιδίου RAS εμφανίζονται καρκίνοι του παχέος εντέρου, του παγκρέατος, της ουροδόχου κύστης και των ωοθηκών που δεν ανταποκρίνονται καλά στα φάρμακα που αναστέλλουν τον EGFR. Η καλλιέργεια κυτταρικών σειρών με τη μετάλλαξη γονιδίου RAS θα παρείχε ένα μοντέλο για τη δοκιμή εναλλακτικών θεραπειών φαρμάκων.

Οι ισογονικές κυτταρικές γραμμές κατασκευάζονται στο εργαστήριο εισάγοντας ένα γονίδιο σε ένα δείγμα κυττάρων που απομονώνονται από μια κυτταρική γραμμή. Τα τροποποιημένα κελιά στη συνέχεια συγκρίνονται με κελιά που προέρχονται απευθείας από το μητρικό κελί, το οποίο ενεργεί ως ομάδα ελέγχου. Για παράδειγμα, τα εργαλεία επεξεργασίας γονιδίων Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeat (CRISPR) μπορούν να δημιουργήσουν ισογονικές κυτταρικές σειρές ογκογόνων για χρήση στη δοκιμή νέων φαρμάκων που καταπολεμούν τον καρκίνο. Μελέτες που χρησιμοποιούν ισογονικές κυτταρικές σειρές προσφέρουν επίσης πληροφορίες για το πώς ο γονότυπος επηρεάζει τον φαινότυπο.

Η προσεκτική εξέταση αφορά την επιλογή του καταλληλότερου τύπου κυτταρικής γραμμής για μια προγραμματισμένη μελέτη. Ο σκοπός του πειράματος πρέπει να είναι ένας παράγοντας κίνησης στην επιλογή του τύπου κυττάρου. Για παράδειγμα, τα ηπατικά κύτταρα είναι μια καλή επιλογή κατά τη μελέτη της τοξικότητας. Οι συνεχείς κυτταρικές γραμμές είναι ευκολότερο να διατηρηθούν μακροπρόθεσμα.

Κύτταρα που αναπτύσσονται σε ένα δοχείο φιάλης ή καλλιέργειας απλώνονται στο θρεπτικό μέσο του περιέκτη τους, καλύπτοντας τελικά την επιφάνεια, η οποία ονομάζεται συμβολή. Οι βιολόγοι των κυττάρων σημειώνουν συχνά το επίπεδο συμβολής που παρατηρήθηκε κατά την αναφορά των ευρημάτων τους. Για παράδειγμα, το 80 τοις εκατό συμβολή δείχνει ότι περίπου το 80 τοις εκατό της επιφάνειας καλύπτεται από κύτταρα.

Τα κύτταρα συνήθως μεταφέρονται πριν φτάσουν στο 100% συμβολή για να τα διατηρήσουν ενεργά. Ωστόσο, τα αθανατοποιημένα κύτταρα μπορεί να συνεχίσουν να διαιρούνται και να σχηματίζουν στρώματα. Ο ρυθμός ανάπτυξης των κυτταρικών γραμμών ποικίλλει ανά τύπο.

Η μόλυνση των καλλιεργημένων κυτταρικών σειρών είναι ένα σοβαρό πρόβλημα στην ιατρική έρευνα. ΕΝΑ Άρθρο του 2015 σε Επιστήμη ανέφερε ο γενετιστής Κρίστοφερ Κορτς, «… δεκάδες χιλιάδες δημοσιεύσεις, εκατομμύρια περιοδικά παραπομπές και δυνητικά εκατοντάδες εκατομμύρια ερευνητικά δολάρια »συνδέονται με μελέτες που χρησιμοποιούν εσφαλμένη αναγνώριση κυτταρικές γραμμές. Καταβάλλονται προσπάθειες για την έκθεση κυτταρικών γραμμών που χρησιμοποιούνται συνήθως και περιέχουν άλλους τύπους κυττάρων.

Παραδείγματα τρομερών σφαλμάτων περιλαμβάνουν λανθασμένα τα κύτταρα χοίρων ή αρουραίων για ανθρώπινα κύτταρα και μη αποκάλυψη του συνδυασμού κατά την αναφορά των ευρημάτων της μελέτης. Πολλές ανθρώπινες κυτταρικές σειρές πιστεύεται επίσης ότι έχουν μολυνθεί με ταχέως αναπτυσσόμενα κύτταρα HeLa, τα οποία ξεπερνούν τα άλλα διαχωριστικά κύτταρα εάν εμφανιστεί επαφή κατά λάθος. Ομάδες όπως η International Cell Line Authentication Committee εργάζονται για να διορθώσουν την κατάσταση απαιτώντας έλεγχο ταυτότητας δείγματος κατά την έναρξη μιας μελέτης.