Hücre kültürü büyük ölçüde koşullara bağlıdır. Her hücre tipine göre değişirler, ancak genellikle gerekli besinleri (amino asitler, karbonhidratlar, vitaminler, mineraller), büyüme faktörlerini, hormonları ve gazları (CO2, O2) sağlayan ve fizikoyu düzenleyen bir substrat veya ortama sahip uygun bir kaptan oluşurlar. -kimyasal ortam (tampon pH, ozmotik basınç, sıcaklık). Çoğu hücre, bir yüzey veya yapay substrat (yapışkan veya tek katmanlı kültür) gerektirirken, diğerleri bir kültür ortamında (süspansiyon kültürü) serbestçe çoğ altılabilir. Çoğu hücrenin ömrü genetik olarak belirlenir, ancak bazı hücre kültürleri, optimal koşullar yaratılırsa süresiz olarak çoğalacak ölümsüz hücrelere dönüştürülmüştür.
Tanım
Sburadaki tanım oldukça basittir. Uygulamada, "hücre kültürü" terimi, diğer kültür türlerinin aksine, çok hücreli ökaryotlardan, özellikle hayvan hücrelerinden türetilen hücrelerin kültivasyonuna atıfta bulunmaktadır. Tarihsel gelişim ve kültür yöntemleri doku kültürü ve organ kültürü ile yakından ilişkilidir. Virüs kültürü, virüsler için konakçı olarak hücrelerle de ilişkilidir.
Tarih
Orijinal doku kaynağından ayrılmış hücrelerin elde edilmesi ve kültürlenmesi için laboratuvar teknikleri, 20. yüzyılın ortalarında daha sağlam hale geldi. Bu alandaki ana buluşlar Yale Üniversitesi'nden bilim adamları tarafından yapıldı.
Yüzyıl Ortasında Atılım
Başlangıçta, birçok tehlikeli virüs için her derde deva bulmak amacıyla hücre elde etme ve kültürleme uygulandı. Bir dizi araştırmacı, birçok virüs türünün, yapay olarak yetiştirilmiş hayvan hücrelerinde ve hatta özel şişelerde otonom olarak tutulan tüm organlarda güvenle yaşayabildiğini, gelişebildiğini ve çoğalabildiğini keşfetti. Kural olarak, bu tür testler için insanlara mümkün olduğunca yakın olan hayvan organlarının hücreleri kullanılır - örneğin şempanzeler gibi daha yüksek primatlar. Tüm bu keşifler, belirli nedenlerle insanlar üzerinde yapılan deneylerin en alakalı olduğu 1940'larda yapıldı.
Metodoloji
Hücreler, dokulardan ex vivo kültür için çeşitli şekillerde izole edilebilir. Kandan kolayca temizlenebilirler, ancak kültürde yalnızca beyaz hücreler büyüyebilir. HücrelerHücreleri süspansiyon haline getirmek için dokuyu çalkalamadan önce kollajenaz, tripsin veya pronaz gibi enzimler kullanılarak hücre dışı matrisin sindirilmesiyle katı dokulardan izole edilebilir. Alternatif olarak, doku parçaları büyüme ortamına yerleştirilebilir ve büyüyen hücreler kültür için kullanılabilir. Bu yöntem eksplant kültürü olarak bilinir.
Doğrudan özneden kültürlenen hücreler, birincil hücreler olarak bilinir. Tümörlerden türetilenler dışında, çoğu birincil hücre kültürü sınırlı bir ömre sahiptir.
Ölümsüzler ve kök hücreler
Yerleşik veya ölümsüzleştirilmiş bir hücre dizisi, rastgele mutasyon veya telomeraz geninin yapay ifadesi gibi kasıtlı modifikasyon yoluyla süresiz olarak çoğalma yeteneği kazanmıştır. Çok sayıda hücre dizisi, tipik hücre türleri olarak bilinir.
Hayvan hücre dizilerinin toplu kültürü, viral aşıların ve diğer biyoteknoloji ürünlerinin üretimi için esastır. İnsan kök hücrelerinin kültürü, sayılarını artırmak ve hücreleri transplantasyona uygun farklı türlere ayırmak için kullanılır. İnsan (kök) hücre kültürü de tedavi amaçlı kök hücreler tarafından salınan molekülleri ve eksozomları toplamak için kullanılır.
Genetik ile bağlantı
Hayvan kültürlerinde rekombinant DNA (rDNA) teknolojisi ile üretilen biyolojik ürünler şunları içerir:enzimler, sentetik hormonlar, immünobiyolojik (monoklonal antikorlar, interlökinler, lenfokinler) ve antikanser ajanlar. Bakteri kültürlerinde rDNA kullanılarak daha basit proteinler yapılabilirken, hayvan hücrelerinde glikosile edilmiş (karbonhidratlar tarafından modifiye edilmiş) daha karmaşık proteinler yapılmalıdır.
Böyle karmaşık bir proteinin önemli bir örneği, eritropoietin hormonudur. Büyüyen memeli hücre kültürlerinin maliyetleri yüksektir, bu nedenle böcek hücrelerinde veya daha yüksek bitkilerde bu tür karmaşık proteinler oluşturmak için araştırmalar devam etmektedir. Tek embriyonik hücrelerin ve somatik embriyoların partikül bombardımanı, geçici genlerin ekspresyonu ve konfokal mikroskopi ile doğrudan gen transferi kaynağı olarak kullanımı, uygulamalarından biridir. Bitki hücre kültürü bu uygulamanın en yaygın şeklidir.
Doku kültürleri
Doku kültürü, bir organizmadan ayrılmış dokuların veya hücrelerin yetiştirilmesidir. Bu işlem genellikle et suyu veya agar gibi bir sıvı, yarı katı veya katı büyütme ortamı kullanılarak kolaylaştırılır. Doku kültürü genellikle, bitkiler, bitki hücresi ve doku kültürü için kullanılan daha spesifik bir terimle, hayvan hücrelerinin ve dokularının kültürünü ifade eder. "Doku kültürü" terimi Amerikalı patolog Montrose Thomas Burroughs tarafından icat edildi.
Doku kültürü tarihi
1885'te Wilhelm Roux, medüller kemiğin bir bölümünü çıkardı.fetal tavuk tabakları ve birkaç gün boyunca ılık tuzlu su solüsyonunda tutularak doku kültürünün temel prensibi oluşturuldu. 1907'de zoolog Ross Granville Harrison, pıhtılaşmış lenfte sinir hücrelerine yol açacak embriyonik kurbağa hücrelerinin büyümesini gösterdi. 1913'te E. Steinhardt, C. Israel ve R. A. Lambert, kobay boynuzu dokusu parçalarında aşı virüsü yetiştirdi. Zaten bitki hücre kültüründen çok daha gelişmiş bir şeydi.
Geçmişten geleceğe
Gotlieb Haberlandt, izole bitki dokularının yetiştirilmesi olasılığına işaret eden ilk kişiydi. Bu yöntemin, doku kültürü yoluyla tek tek hücrelerin yeteneklerini ve dokuların birbirleri üzerindeki karşılıklı etkisini belirleyebileceğini öne sürdü. Haberland'ın orijinal iddialarının gerçeğe dönüşmesiyle birlikte doku ve hücre kültürü teknikleri aktif olarak uygulanmaya başlandı ve bu da biyoloji ve tıpta yeni keşiflere yol açtı. 1902'de sunduğu orijinal fikrine totipotansiyellik adı verildi: "Teorik olarak, tüm bitki hücreleri tam bir bitki üretebilir." O zamanlar hücre kültürlerinin ekimi çarpıcı biçimde ilerledi.
Modern kullanımda, doku kültürü genellikle hücrelerin çok hücreli bir organizmanın dokusundan in vitro olarak büyümesini ifade eder. Bu durumda hücre kültürü koşulları çok önemli değildir. Bu hücreler bir donör organizmadan, birincil hücrelerden veya ölümsüzleştirilmiş bir hücre dizisinden izole edilebilir. Hücreler yıkanıyorhayatta kalmaları için gerekli besinleri ve enerji kaynaklarını içeren bir kültür ortamı. "Doku kültürü" terimi genellikle hücre kültürü ile birbirinin yerine kullanılır.
Uygulama
Doku kültürünün gerçek anlamı, doku parçalarının ekimi, yani eksplant kültürü anlamına gelir.
Doku kültürü, çok hücreli organizmaların hücrelerinin biyolojisini incelemek için önemli bir araçtır. İyi tanımlanmış bir ortamda kolayca manipüle edilebilen ve analiz edilebilen bir in vitro doku modeli sağlar.
Hayvan doku kültüründe, hücreler daha doğal 3B doku benzeri yapılar (3B kültür) elde etmek için 2B tek katmanlar (geleneksel kültür) olarak veya lifli yapı iskeleleri veya jeller içinde büyütülebilir. Eric Simon, 1988 NIH SBIR hibe raporunda, elektro-eğirmenin, in vitro hücre ve doku substratları olarak kullanılmak üzere özel olarak tasarlanmış nano ve mikron altı ölçekli polimer fiber yapı iskeleleri üretmek için kullanılabileceğini gösterdi.
Hücre kültürü ve doku mühendisliği için elektriksel olarak iletken fiber ızgaraların bu erken kullanımı, farklı hücre türlerinin polikarbonat fiberlere yapışacağını ve çoğalacağını gösterdi. 2D kültürde tipik olarak görülen düzleştirilmiş morfolojinin aksine, elektrik kablosu lifleri üzerinde büyütülen hücrelerin, tipik olarak in vivo dokularda görülen daha yuvarlak bir 3D morfoloji sergiledikleri gözlemlenmiştir.
Kültürözellikle bitki dokusu, bir ortamda yetiştirilen bitki liflerinin küçük parçalarından bütün bitkilerin yetiştirilmesiyle ilişkilidir.
Modellerdeki farklılıklar
Doku mühendisliği, kök hücreler ve moleküler biyoloji alanındaki araştırmalar, öncelikle düz plastik tabaklar üzerinde hücre kültürlerinin büyütülmesini içerir. Bu yöntem iki boyutlu (2D) hücre kültürü olarak bilinir ve ilk olarak 1885'te embriyonik bir tavuğun medullar plakasının bir kısmını çıkaran ve birkaç gün boyunca düz cam üzerinde ılık tuzlu suda tutan Wilhelm Roux tarafından geliştirilmiştir.
Polimer teknolojisinin ilerlemesinden, iki boyutlu hücre kültürü için yaygın olarak petri kabı olarak bilinen modern standart plastik tabak ortaya çıktı. Bilimsel literatürde genellikle bu buluşun mucidi olarak anılan Alman bakteriyolog Julius Richard Petri, Robert Koch'un asistanı olarak çalıştı. Günümüzde çeşitli araştırmacılar kültür şişeleri, koniler ve hatta tek kullanımlık biyoreaktörlerde kullanılanlar gibi tek kullanımlık torbalar da kullanıyor.
İyi kurulmuş ölümsüzleştirilmiş hücre dizilerinin kültürünün yanı sıra, birçok organizmanın birincil eksplantlarından alınan hücreler, duyarlılık oluşana kadar sınırlı bir süre için kültürlenebilir. Kültürlenmiş birincil hücreler, hücre göçü çalışmalarında balık keratositlerinde olduğu gibi araştırmalarda yaygın olarak kullanılmıştır. Hücre kültürü ortamı çoğu durumda kullanılabilirfarklı.
Bitki hücre kültürleri genellikle sıvı ortamda hücre süspansiyon kültürleri veya katı ortam üzerinde kallus kültürlerinde büyütülür. Farklılaşmamış bitki hücreleri ve kallus kültürü, bitki büyüme hormonları oksin ve sitokinin arasında uygun bir denge gerektirir.
