Typy bunkových línií

Bunkoví biológovia pestujú bunky vo svojom laboratóriu, aby odhalili tajomstvá normálnej a abnormálnej bunkovej aktivity. Bunky z ľudí, zvierat, rastlín a mikroorganizmov sú izolované a kultivované za účelom vývoja bunkových línií pre výskumné štúdie. Mnoho typov štúdií bunkových línií má veľké uplatnenie v oblasti lekárskej vedy. Napríklad bunkové línie sa používajú na vyšetrenie genetických mutácií, liečby rakoviny, skríningu liekov, starnutia, metabolizmu a vakcín.

Laboratórni vedci kultivujú veľkú populáciu buniek z jednej alebo viacerých rodičovských buniek. Bunková kultúra pochádza z buniek primárneho darcu tkaniva alebo z bunkovej línie zakúpenej prostredníctvom bunkovej biobanky. Kultivované bunky proliferujú v rastovom médiu za starostlivo regulovaných podmienok. Bunkové kultúry sú neoceniteľné pri diagnostike infekcií a abnormalít, testovaní nových liekov a štúdiu chorôb ako rakovina Národný onkologický ústav.

Vedci starostlivo skúmajú bunky kultivované z ľudí, zvierat, rastlín, baktérií a kvasiniek. Niektoré bunkové kultúry majú schopnosť deliť sa donekonečna.

Každá replikácia buniek zvyšuje pravdepodobnosť mitotickej chyby a vystavenia kontaminácii. Proces je podobný starnutiu. Väčšina buniek sa môže replikovať iba toľkokrát, kým prirodzene nevymrú alebo vstúpia do obdobia odpočinku, ktoré sa nazýva starnutie. Bunkové línie zložené zo smrteľných buniek, ktoré nemôžu žiť večne, sa označujú ako konečné bunkové línie.

Niektoré bunky spontánne získať schopnosť množiť sa donekonečna. V laboratóriu nesmrteľnosť môžu byť vyvolané chemickou transformáciou buniek alebo vírusmi. Populácie nesmrteľných buniek sú známe ako spojité bunkové línie. Väčšina konečných a spojitých bunkových línií je závislé od ukotvenia, čo znamená, že ich existencia závisí od substrátov bohatých na živiny, plynov, enzýmov, správneho pH a vhodnej teploty.

Je potrebné dbať na ochranu konečných a súvislých bunkových línií pred infekciou a nestabilitou génov, ku ktorej môže dôjsť pri viacerých prenosoch. Problém je možné napraviť kryogénnym skladovaním. Mrazenie článkov kvapalným dusíkom vyžaduje neustále sledovanie teploty a záložné chladenie v prípade výpadku energie alebo rozbitia zariadenia.

Subkultivované bunky odobraté z primárnej kultúry začínajú bunkovú líniu. Pokiaľ nie je inak zmenené, normálne bunky z primárnej kultúry majú naprogramovanú životnosť, čo znamená, že sú konečné. Najsilnejšie a najrýchlejšie rastúce bunky prevažujú a vedú k uniformite populácie. Každý prevod sa nazýva a priechod.

Kmeňové bunkové línie sú výskumníkmi veľmi ctené, pretože kmeňová bunka má schopnosť replikovať sa alebo diferencovať na mnoho druhov špecializovaných buniek, ako sú napr neurónov alebo osteocyty. Kmeňové bunky opravujú poškodené tkanivá a regenerujú chýbajúce končatiny u niektorých druhov. Štúdie s kmeňovými bunkami by mohli viesť k pokroku v liečbe bežných chorôb, ako sú koronárne choroby a cukrovka. Podľa EÚ sa však v oblasti regeneratívnej medicíny dá ešte veľa naučiť Národné ústavy zdravia.

Bunkové kmene sú subpopuláciami bunkovej línie. Bunkové kmene pochádzajú z buniek, ktoré boli odstránené z bunkovej línie a geneticky zmenené napríklad klonovaním alebo prenosom vírusu. Kmeň buniek môže byť tiež výsledkom kontaminácie počas procesu prenosu.

HeLa bunky sú podľa USA najstaršou bunkovou líniou v Spojených štátoch John Hopkins Medicine webovú stránku. Bunky HeLa sú pomenované po Henriete Lacksovej, matke piatich detí, ktoré zomreli v roku 1951 vo veku 31 rokov na agresívnu formu rakoviny krčka maternice. Lekári v nemocnici Johna Hopkinsa sa zľakli, ako rýchlo v laboratóriu rástol Henrietin biopsický nádor.

Vďaka divoko rastúcim nádorovým bunkám HeLa sa dobre hodia na testovanie účinkov experimentálnych liekov na rakovinové bunky pred klinickými skúškami na ľuďoch. Štúdie na bunkách HeLa viedli k mnohým priekopníckym objavom. Je pozoruhodné, že táto bunková línia sa dodnes používa vo výskumných laboratóriách na celom svete.

Živočíšne bunkové línie zahŕňajú bunky odobraté zo stoviek živočíšnych druhov. Štúdium zvieracích bunkových línií a ich pôvodu a charakteristík evokuje hlbšie pochopenie vývojovej biológie, génovej expresie a evolúcie. Zistenia majú význam aj pre ľudskú fyziológiu. Výskum kultúr živočíšnych bunkových línií znižuje závislosť od laboratórnych zvierat. Príklady zahŕňajú:

• Žabie bunkové línie.
  
• Bunkové línie škrečkov.
  
• Myšie bunkové línie.
  
• Bunkové línie potkanov.
  
• Psie bunkové línie.
  

Kultivovaný ľudské bunkové línie musia byť získané od renomovanej bunkovej banky, ktorá dodržiava prísne protokoly pre identifikáciu a skladovanie. Nesprávna identifikácia bunkovej línie obmedzuje platnosť zistení a zovšeobecniteľnosť výsledkov výskumníka. Mnoho typov ľudských buniek je katalogizovaných v bunkových bankách na účely výskumu a testovania liekov:

• jcam1.6 ľudské lymfocyty.
  
• J82 bunky ľudského močového mechúra.
  
• kmst-6 buniek ľudskej kože.
  
• hela229 ľudské krčné bunky.
  

Rakovinové bunkové línie s nádormi a genetické mutácie poskytujú dôležitý pohľad na to, ako prebiehajú a postupujú zmeny v génoch. Dozvedieť sa viac o genéze nádorov môže naznačovať zlepšenie liečby drogami a odporúčané zmeny životného štýlu. Napríklad mutácie génu RAS sa vyskytujú u rakoviny hrubého čreva, pankreasu, močového mechúra a vaječníkov, ktoré nereagujú dobre na lieky inhibujúce EGFR. Kultivácia bunkových línií s mutáciou génu RAS by poskytla model na testovanie alternatívnej liečby liekom.

Izogénne bunkové línie sa v laboratóriu vyrábajú inzerciou génu do vzorky buniek izolovaných z bunkovej línie. Takto pripravené bunky sa potom porovnajú s bunkami pochádzajúcimi priamo z rodičovskej bunky, ktorá funguje ako kontrolná skupina. Napríklad nástroje na úpravu génov s klastrovaným pravidelne rozmiestneným krátkym palindromickým opakovaním (CRISPR) môžu vytvárať izogénne bunkové línie onkogénov na použitie pri testovaní nových liekov proti rakovine. Štúdie využívajúce izogénne bunkové línie tiež ponúkajú náhľad na to, ako genotyp ovplyvňuje fenotyp.

Pri výbere najvhodnejšieho typu bunkovej línie pre plánovanú štúdiu je potrebné starostlivo zvážiť. Účelom experimentu by mal byť riadiaci faktor pri výbere typu bunky. Napríklad pečeňové bunky sú dobrou voľbou pri štúdiu toxicity. Kontinuálne bunkové línie sa ľahšie udržujú z dlhodobého hľadiska.

Bunky rastúce v banke alebo v kultivačnej miske sa šíria cez živné médium ich nádoby a nakoniec pokrývajú povrch, ktorý sa nazýva sútok. Bunkoví biológovia často zaznamenávajú úroveň sútoku, ktorá sa pozorovala pri hlásení ich nálezov. Napríklad 80-percentný sútok naznačuje, že asi 80 percent povrchu je pokrytých bunkami.

Bunky sa zvyčajne prenesú pred dosiahnutím 100 percentného sútoku, aby sa udržali aktívne množenie. Imortalizované bunky sa však môžu naďalej deliť a vytvárať vrstvy. Rýchlosť rastu bunkových línií sa líši podľa typu.

Kontaminácia kultivovaných bunkových línií je vážnym problémom lekárskeho výskumu. A Článok 2015 v Veda citoval genetika Christophera Korcha, ktorý povedal: „... desaťtisíce publikácií, milióny časopisov citácie a potenciálne stovky miliónov dolárov na výskum “súvisia so štúdiami používanými nesprávne bunkové línie. V súčasnosti prebiehajú snahy o odhalenie bežne používaných bunkových línií, ktoré obsahujú iné typy buniek.

Medzi príklady závažných chýb patrí zámena buniek ošípaných alebo potkanov s ľudskými bunkami a nezverejnenie zámeny pri hlásení výsledkov štúdie. Mnoho ľudských bunkových línií sa tiež považuje za kontaminovaných rýchlo rastúcimi bunkami HeLa, ktoré predbiehajú iné deliace sa bunky, ak dôjde k neúmyselnému kontaktu. Skupiny ako Medzinárodný výbor pre autentifikáciu bunkových línií pracujú na náprave situácie vyžadovaním kontroly totožnosti vzorky pri zahájení štúdie.