Šūnu līniju veidi

Šūnu biologi audzē šūnas savā laboratorijā, lai atklātu normālas un patoloģiskas šūnu aktivitātes noslēpumus. Cilvēku, dzīvnieku, augu un mikroorganismu šūnas tiek izolētas un kultivētas, lai izveidotu šūnu līnijas pētījumiem. Daudziem šūnu līniju pētījumu veidiem ir liela nozīme medicīnas zinātnes jomā. Piemēram, šūnu līnijas izmanto, lai pētītu ģenētiskās mutācijas, vēža ārstēšanu, zāļu skrīningu, novecošanos, metabolismu un vakcīnas.

Laboratorijas pētnieki kultivē lielas šūnu grupas no vienas vai vairākām pamatšūnām. Šūnu kultūra rodas no primārā audu donora šūnām vai no šūnu līnijas, kas iegūta, izmantojot šūnu biobanku. Kultivētās šūnas pavairojas augšanas vidē rūpīgi regulētos apstākļos. Šūnu kultūras ir nenovērtējamas, diagnosticējot infekcijas un anomālijas, pārbaudot jaunas zāles un pētot tādas slimības kā vēzis Nacionālais vēža institūts.

Zinātnieki rūpīgi pēta šūnas, kas kultivētas no cilvēkiem, dzīvniekiem, augiem, baktērijām un raugiem. Dažām šūnu kultūrām piemīt spēja dalīties bezgalīgi.

Katra šūnu replikācija palielina mitotiskās kļūdas un piesārņojuma iedarbības izredzes. Process ir līdzīgs novecošanai. Lielākā daļa šūnu var atkārtoties tikai tik daudz reižu, pirms tās dabiski nomirst vai nonāk atpūtas periodā, ko sauc par novecošanu. Šūnu līnijas, kas sastāv no mirstīgajām šūnām, kuras nevar dzīvot mūžīgi, tiek sauktas par ierobežotas šūnu līnijas.

Dažas šūnas spontāni iegūst spēju vairoties bezgalīgi. Laboratorijā nemirstība var izraisīt, ķīmiski pārveidojot šūnas vai ar vīrusiem. Nemirstīgo šūnu populācijas ir pazīstamas kā nepārtrauktas šūnu līnijas. Lielākā daļa ierobežoto un nepārtraukto šūnu līniju ir atkarīgs no stiprinājuma, kas nozīmē, ka to esamība ir atkarīga no barības vielām bagātiem substrātiem, gāzēm, fermentiem, pareiza pH un piemērotas temperatūras.

Jāuzmanās, lai ierobežotas un nepārtrauktas šūnu līnijas būtu pasargātas no infekcijas un gēnu nestabilitātes, kas var rasties, veicot vairākas pārsūtīšanas. Problēmu var novērst ar kriogēnu uzglabāšanu. Šūnu sasaldēšanai ar šķidru slāpekli nepieciešama stabila temperatūras kontrole un rezerves dzesēšana strāvas padeves pārtraukumu vai iekārtu bojājumu gadījumā.

Subkulturētās šūnas, kas ņemtas no primārās kultūras, sāk šūnu līniju. Ja vien nav mainīts citādi, parastajām primārās kultūras šūnām ir ieprogrammēts dzīves ilgums, tas nozīmē, ka tās ir ierobežotas. Pārsvarā dominē spēcīgākās, visstraujāk augošās šūnas, kas izraisa viendabīgumu populācijā. Katru pārsūtīšanu sauc par a pāreja.

Cilmes šūnu līnijas pētnieki ļoti ciena, jo cilmes šūna spēj atkārtoties vai diferencēties daudzos specializēto šūnu tipos, piemēram, neironi vai osteocīti. Cilmes šūnas dažām sugām atjauno bojātos audus un atjauno trūkstošās ekstremitātes. Cilmes šūnu pētījumi varētu veicināt progresu tādu izplatītu slimību ārstēšanā kā koronārā slimība un diabēts. Tomēr reģeneratīvās medicīnas jomā vēl ir daudz jāmācās, norāda Nacionālie veselības institūti.

Šūnu celmi ir šūnu līnijas apakšpopulācijas. Šūnu celmi rodas no šūnām, kas tika noņemtas no šūnu līnijas un ģenētiski mainītas, piemēram, klonējot vai pārnēsājot vīrusu. Šūnu celms var rasties arī no piesārņojuma pārvietošanas procesā.

HeLa šūnas ir vecākā šūnu līnija Amerikas Savienotajās Valstīs, saskaņā ar Džona Hopkinsa zāles vietne. HeLa šūnas ir nosauktas pēc piecu bērnu mātes Henrietas Lacks, kura 1951. gadā nomira 31 gada vecumā no agresīvas dzemdes kakla vēža formas. Džona Hopkinsa slimnīcas ārsti bija pārsteigti par to, cik ātri laboratorijā pieauga Henrietas biopsijas audzējs.

Mežonīgi augošās audzēju audzēju HeLa šūnas padara tās labi piemērotas eksperimentālo zāļu ietekmes uz vēža šūnām pārbaudei pirms klīniskiem pētījumiem ar cilvēkiem. HeLa šūnu pētījumi ir radījuši daudzus revolucionārus atklājumus. Zīmīgi, ka šī šūnu līnija joprojām tiek izmantota pētniecības laboratorijās visā pasaulē.

Dzīvnieku šūnu līnijas ietver šūnas, kas ņemtas no simtiem dzīvnieku sugu. Pētot dzīvnieku šūnu līnijas, to izcelsmi un īpašības, rodas dziļāka izpratne par attīstības bioloģiju, gēnu ekspresiju un evolūciju. Atzinumiem ir nozīme arī cilvēka fizioloģijā. Dzīvnieku šūnu līniju kultūru izpēte samazina atkarību no laboratorijas dzīvniekiem. Piemēri:

• Vardes šūnu līnijas.
  
• Kāmja šūnu līnijas.
  
• Peles šūnu līnijas.
  
• Žurku šūnu līnijas.
  
• Suņu šūnu līnijas.
  

Kultivēts cilvēka šūnu līnijas jāiegūst no cienījamas šūnu bankas, kas ievēro stingrus identifikācijas un uzglabāšanas protokolus. Šūnu līnijas nepareiza identifikācija ierobežo secinājumu pamatotību un pētnieka rezultātu vispārināmību. Šūnu bankās pētījumiem un zāļu testēšanas pētījumiem tiek katalogēti daudzi cilvēku šūnu veidi:

• jcam1,6 cilvēka limfocīti.
  
• J82 cilvēka urīnpūšļa šūnas.
  
• kmst-6 cilvēka ādas šūnas.
  
• hela229 cilvēka dzemdes kakla šūnas.
  

Vēža šūnu līnijas ar audzējiem un ģenētiskām mutācijām sniedz svarīgu ieskatu par to, kā notiek gēnu izmaiņas un kā tās attīstās. Uzzinot vairāk par audzēju ģenēzi, var ieteikt uzlabot zāļu ārstēšanu un ieteikt dzīvesveida izmaiņas. Piemēram, RAS gēna mutācijas ir redzamas resnās, aizkuņģa dziedzera, urīnpūšļa un olnīcu vēzis, kas slikti reaģē uz EGFR inhibējošām zālēm. Šūnu līniju kultivēšana ar RAS gēnu mutāciju sniegtu modeli alternatīvu zāļu ārstēšanas testēšanai.

Izogēnās šūnu līnijas tiek izstrādātas laboratorijā, ievietojot gēnu šūnu paraugā, kas izolēts no šūnu līnijas. Pēc tam inženierijas šūnas salīdzina ar šūnām, kas iegūtas tieši no pamatšūnas, kas darbojas kā kontroles grupa. Piemēram, klasterizēti regulāri starpplatītie īsās palindromiskās atkārtošanās (CRISPR) gēnu rediģēšanas rīki var radīt onogēnu izogēnas šūnu līnijas izmantošanai jaunu vēža apkarošanas zāļu testēšanā. Pētījumi, izmantojot izogēnas šūnu līnijas, arī sniedz ieskatu par to, kā genotips ietekmē fenotipu.

Rūpīgi jāapsver vispiemērotākā šūnu līnijas veida izvēle plānotajam pētījumam. Eksperimenta mērķim vajadzētu būt šūnas tipa izvēles faktoram. Piemēram, aknu šūnas ir laba izvēle, pētot toksicitāti. Nepārtrauktas šūnu līnijas ir vieglāk uzturēt ilgtermiņā.

Šūnas, kas aug kolbā vai kultūras traukā, izplatās pa to trauka barības vielu barotni, galu galā pārklājot virsmu, ko sauc par saplūšanu. Šūnu biologi bieži atzīmē saplūšanas līmeni, kas tika novērots, ziņojot par saviem atklājumiem. Piemēram, 80 procentu saplūšana norāda, ka apmēram 80 procentus no virsmas klāj šūnas.

Šūnas parasti tiek pārvietotas, pirms tās sasniedz 100 procentu saplūšanu, lai tās aktīvi augtu. Tomēr iemūžinātās šūnas var turpināt dalīties un veidot slāņus. Šūnu līniju augšanas ātrums atšķiras atkarībā no veida.

Kultivēto šūnu līniju piesārņošana ir nopietna problēma medicīnas pētījumos. A 2015. gada raksts iekšā Zinātne citēja ģenētiķis Kristofers Korčs, sakot: “... desmitiem tūkstošu publikāciju, miljoniem žurnālu citāti un potenciāli simtiem miljonu pētniecības dolāru ”ir saistīti ar pētījumiem, izmantojot nepareizi identificētus šūnu līnijas. Notiek centieni atklāt bieži lietotās šūnu līnijas, kas satur cita veida šūnas.

Rupju kļūdu piemēri ietver cūku vai žurku šūnu sajaukšanu ar cilvēka šūnām un sajaukšanas neatklāšanu, ziņojot par pētījuma rezultātiem. Tiek uzskatīts, ka daudzas cilvēka šūnu līnijas ir piesārņotas arī ar strauji augošām HeLa šūnām, kas, nejauši nonākot saskarē, apsteidz citas sadalošās šūnas. Tādas grupas kā Starptautiskā šūnu līniju autentifikācijas komiteja strādā, lai labotu situāciju, uzsākot pētījumu, pieprasot identitātes pārbaudi.