Բջջային մշակույթը մեծապես կախված է պայմաններից: Նրանք տարբերվում են յուրաքանչյուր բջիջի տեսակի համար, բայց սովորաբար բաղկացած են համապատասխան անոթից՝ սուբստրատով կամ միջավայրով, որն ապահովում է անհրաժեշտ սննդանյութերը (ամինաթթուներ, ածխաջրեր, վիտամիններ, հանքանյութեր), աճի գործոններ, հորմոններ և գազեր (CO2, O2) և կարգավորում է ֆիզիկական վիճակը։ - քիմիական միջավայր (բուֆերային pH, օսմոտիկ ճնշում, ջերմաստիճան): Բջիջների մեծ մասի համար պահանջվում է մակերեսային կամ արհեստական սուբստրատ (կպչուն կամ միաշերտ մշակույթ), մինչդեռ մյուսները կարող են ազատորեն տարածվել մշակութային միջավայրում (կասեցման կուլտուրա): Բջիջների մեծամասնության կյանքի տևողությունը գենետիկորեն որոշված է, սակայն որոշ բջիջների կուլտուրաներ վերածվել են անմահ բջիջների, որոնք կբազմանան անորոշ ժամանակով, եթե ստեղծվեն օպտիմալ պայմաններ:
Սահմանում
Սայստեղ սահմանումը բավականին պարզ է. Գործնականում «բջջային կուլտուրա» տերմինն այժմ վերաբերում է բազմաբջջային էուկարիոտներից, հատկապես կենդանական բջիջներից ստացված բջիջների մշակմանը, ի տարբերություն մշակույթի այլ տեսակների: Պատմական զարգացման և կուլտուրայի մեթոդները սերտորեն կապված են հյուսվածքների և օրգանների մշակույթի հետ: Վիրուսային մշակույթը նույնպես կապված է բջիջների հետ՝ որպես վիրուսների հյուրընկալողներ:
Պատմություն
Հյուսվածքի սկզբնական աղբյուրից անջատված բջիջների ստացման և մշակման լաբորատոր տեխնիկան ավելի ամուր դարձավ 20-րդ դարի կեսերին: Այս ոլորտում հիմնական հայտնագործությունները կատարվել են Յելի համալսարանի գիտնականների կողմից:
Կեսդարի բեկում
Սկզբում բջիջների ստացումն ու մշակումը կիրառվում էր բազմաթիվ վտանգավոր վիրուսների համար համադարման գտնելու համար: Մի շարք հետազոտողներ հայտնաբերել են, որ վիրուսների շատ շտամներ կարող են ապահով ապրել, զարգանալ և բազմանալ արհեստականորեն աճեցված կենդանիների բջիջների կամ նույնիսկ ամբողջական օրգանների վրա, որոնք ինքնավար պահվում են հատուկ կոլբայի մեջ: Որպես կանոն, նման թեստերի համար օգտագործվում են կենդանիների օրգանների բջիջները, որոնք հնարավորինս մոտ են մարդուն, օրինակ՝ շիմպանզեների նման բարձր պրիմատները: Այս բոլոր բացահայտումներն արվել են 1940-ականներին, երբ մարդկանց վրա կատարվող փորձերն առավել արդիական էին որոշակի պատճառներով:
Մեթոդաբանություն
Բջիջները կարող են մեկուսացվել հյուսվածքներից ex vivo մշակույթի համար մի քանի եղանակներով: Նրանք հեշտությամբ կարող են մաքրվել արյունից, բայց միայն սպիտակ բջիջները կարող են աճել կուլտուրայի մեջ: Բջիջները կարող ենմեկուսացնել պինդ հյուսվածքներից արտաբջջային մատրիցը մարսելու միջոցով՝ օգտագործելով այնպիսի ֆերմենտներ, ինչպիսիք են կոլագենազը, տրիպսինը կամ պրոնազը, նախքան հյուսվածքը խառնելուց առաջ՝ բջիջները կասեցվելու համար: Որպես այլընտրանք, հյուսվածքի կտորները կարող են տեղադրվել աճի միջավայրում, և աճող բջիջները հասանելի են մշակույթի համար: Այս մեթոդը հայտնի է որպես արտամղման կուլտուրա։
Բջիջները, որոնք մշակվում են անմիջապես առարկայից, հայտնի են որպես առաջնային բջիջներ: Բացառությամբ ուռուցքներից ստացված որոշների, առաջնային բջիջների կուլտուրաների մեծ մասն ունեն սահմանափակ կյանքի տևողությունը:
Անմահներ և ցողունային բջիջներ
Հաստատված կամ անմահացած բջջային գիծը ձեռք է բերել անժամկետ վերարտադրվելու կարողություն՝ պատահական մուտացիայի կամ կանխամտածված փոփոխության միջոցով, ինչպիսին է տելոմերազ գենի արհեստական արտահայտումը: Բազմաթիվ բջջային գծեր հայտնի են որպես տիպիկ բջջային տեսակներ:
Կենդանական բջիջների գծերի զանգվածային կուլտուրան հիմնարար նշանակություն ունի վիրուսային պատվաստանյութերի և այլ կենսատեխնոլոգիական արտադրանքների արտադրության համար: Մարդու ցողունային բջիջների կուլտուրան օգտագործվում է դրանց քանակն ընդլայնելու և բջիջները փոխպատվաստման համար հարմար տարբեր տեսակների տարբերելու համար: Մարդու (ցողունային) բջիջների կուլտուրան օգտագործվում է նաև ցողունային բջիջների կողմից թողարկված մոլեկուլները և էկզոսոմները հավաքելու համար՝ բուժական նպատակներով։
Կապ գենետիկայի հետ
Կենդանական կուլտուրաներում ռեկոմբինանտ ԴՆԹ (rDNA) տեխնոլոգիայով արտադրված կենսաբանական արտադրանքները ներառում են.ֆերմենտներ, սինթետիկ հորմոններ, իմունոկենսաբանական (մոնոկլոնալ հակամարմիններ, ինտերլեյկիններ, լիմֆոկիններ) և հակաքաղցկեղային նյութեր։ Թեև շատ ավելի պարզ սպիտակուցներ կարելի է պատրաստել՝ օգտագործելով rDNA բակտերիալ մշակույթներում, ավելի բարդ սպիտակուցներ, որոնք գլիկոզիլացված են (ձևափոխված ածխաջրերով) ներկայումս պետք է ստեղծվեն կենդանական բջիջներում:
Նման բարդ սպիտակուցի կարևոր օրինակ է էրիտրոպոետին հորմոնը: Կաթնասունների բջիջների կուլտուրաների աճեցման ծախսերը մեծ են, ուստի հետազոտություններ են իրականացվում միջատների բջիջներում կամ բարձր բույսերում նման բարդ սպիտակուցներ ստեղծելու համար: Մեկ սաղմնային բջիջների և սոմատիկ սաղմերի օգտագործումը որպես մասնիկների ռմբակոծման, անցողիկ գեների արտահայտման և կոնֆոկալ մանրադիտակի միջոցով գենի ուղղակի փոխանցման աղբյուր դրա կիրառություններից մեկն է: Բուսական բջիջների կուլտուրան այս պրակտիկայի ամենատարածված ձևն է:
Հյուսվածքային մշակույթ
Հյուսվածքային մշակույթը օրգանիզմից անջատված հյուսվածքների կամ բջիջների մշակումն է: Այս գործընթացը սովորաբար հեշտացվում է հեղուկ, կիսապինդ կամ պինդ աճի միջավայրի միջոցով, ինչպիսիք են արգանակը կամ ագարը: Հյուսվածքների կուլտուրան ընդհանուր առմամբ վերաբերում է կենդանական բջիջների և հյուսվածքների մշակույթին, ավելի կոնկրետ տերմինով, որն օգտագործվում է բույսերի, բույսերի բջիջների և հյուսվածքների մշակույթների համար: «Հյուսվածքային մշակույթ» տերմինը ստեղծվել է ամերիկացի պաթոլոգ Մոնտրոզ Թոմաս Բերրոուզի կողմից:
Հյուսվածքային կուլտուրայի պատմություն
1885 թվականին Վիլհելմ Ռուն հեռացրեց մեդուլյարի մի հատվածըպտղի հավի ափսեներ և մի քանի օր պահել այն տաք աղի լուծույթում՝ հաստատելով հյուսվածքների կուլտուրայի հիմնական սկզբունքը: 1907 թվականին կենդանաբան Ռոս Գրանվիլ Հարիսոնը ցույց տվեց սաղմնային գորտի բջիջների աճը, որոնք կառաջացնեն նյարդային բջիջներ մակարդված ավշում։ 1913 թվականին Է. Շտայնհարդը, Ք. Իսրայելը և Ռ. Ա. Լամբերտը մշակեցին վակցինիա վիրուսը ծովախոզուկի եղջյուրի հյուսվածքի հատվածներում: Դա արդեն շատ ավելի առաջադեմ բան էր, քան բուսական բջիջների կուլտուրան:
Անցյալից դեպի ապագա
Գոթլիբ Հաբերլանդն առաջինն էր, ով մատնանշեց մեկուսացված բույսերի հյուսվածքների մշակման հնարավորությունը: Նա առաջարկեց, որ այս մեթոդը կարող է որոշել առանձին բջիջների հնարավորությունները հյուսվածքային կուլտուրայի միջոցով, ինչպես նաև հյուսվածքների փոխադարձ ազդեցությունը միմյանց վրա: Քանի որ Haberland-ի սկզբնական պնդումները իրականացան, հյուսվածքների և բջիջների մշակման մեթոդները սկսեցին ակտիվորեն կիրառվել, ինչը հանգեցրեց կենսաբանության և բժշկության նոր բացահայտումների: Նրա սկզբնական գաղափարը, որը ներկայացված էր 1902 թվականին, կոչվում էր տոտիպոտենցիալություն. «Տեսականորեն, բոլոր բույսերի բջիջները կարող են արտադրել ամբողջական բույս»: Բջջային կուլտուրաների մշակումն այն ժամանակ կտրուկ առաջընթաց ունեցավ։
Ժամանակակից կիրառման մեջ հյուսվածքների կուլտուրան ընդհանուր առմամբ վերաբերում է բազմաբջիջ օրգանիզմի հյուսվածքից բջիջների աճին in vitro-ում: Բջջային կուլտուրայի պայմաններն այս դեպքում այնքան էլ կարևոր չեն։ Այս բջիջները կարող են մեկուսացված լինել դոնոր օրգանիզմից, առաջնային բջիջներից կամ անմահացած բջջային գծից: Բջիջները լվանում ենմշակութային միջավայր, որը պարունակում է սննդանյութեր և էներգիայի աղբյուրներ, որոնք անհրաժեշտ են նրանց գոյատևման համար: «Հյուսվածքային կուլտուրա» տերմինը հաճախ օգտագործվում է որպես բջջային կուլտուրա փոխադարձաբար:
Դիմում
Հյուսվածքային կուլտուրայի բառացի իմաստը վերաբերում է հյուսվածքի կտորների մշակմանը, այսինքն՝ արտանետվող կուլտուրաին:
Հյուսվածքային մշակույթը կարևոր գործիք է բազմաբջիջ օրգանիզմների բջիջների կենսաբանության ուսումնասիրության համար: Այն ապահովում է in vitro հյուսվածքի մոդելը լավ սահմանված միջավայրում, որը կարելի է հեշտությամբ մանիպուլյացիայի ենթարկել և վերլուծել:
Կենդանիների հյուսվածքների կուլտուրայում բջիջները կարող են աճել որպես 2D միաշերտ (սովորական կուլտուրա) կամ թելքավոր փայտամածների կամ գելերի ներսում՝ հասնելու ավելի նատուրալիստական 3D հյուսվածքի նման կառուցվածքների (3D մշակույթ): Էրիկ Սայմոնը 1988 թվականին NIH SBIR դրամաշնորհային զեկույցում ցույց է տվել, որ էլեկտրամանումը կարող է օգտագործվել նանո և ենթամիկրոնային մասշտաբի պոլիմերային մանրաթելային փայտամածներ արտադրելու համար, որոնք հատուկ նախագծված են որպես բջջային և հյուսվածքային ենթաշերտեր in vitro:
:
Բջջային կուլտուրայի և հյուսվածքների ճարտարագիտության համար էլեկտրական հաղորդիչ մանրաթելային ցանցերի այս վաղ օգտագործումը ցույց տվեց, որ տարբեր տեսակի բջիջներ կպչում և բազմանում են պոլիկարբոնատային մանրաթելերի վրա: Նկատվել է, որ, ի տարբերություն հարթեցված մորֆոլոգիայի, որը սովորաբար դիտվում է 2D մշակույթում, էլեկտրական լարերի մանրաթելերի վրա աճեցված բջիջներն ավելի կլորացված 3D ձևաբանություն են ցուցաբերում, որը սովորաբար երևում է in vivo հյուսվածքներում:
:
ՄշակույթԲուսական հյուսվածքը, մասնավորապես, կապված է միջավայրում մշակված բուսական մանրաթելերի փոքր կտորներից ամբողջական բույսեր աճեցնելու հետ:
Մոդելների տարբերություններ
Հյուսվածքների ճարտարագիտության, ցողունային բջիջների և մոլեկուլային կենսաբանության հետազոտությունները հիմնականում ներառում են բջիջների կուլտուրաների աճեցում հարթ պլաստիկ ամանների վրա: Այս մեթոդը հայտնի է որպես երկչափ (2D) բջիջների մշակույթ և առաջին անգամ մշակվել է Վիլհելմ Ռուի կողմից, ով 1885 թվականին հեռացրել է սաղմնային հավի մեդուլյար թիթեղի մի մասը և մի քանի օր պահել այն տաք աղի մեջ՝ հարթ ապակու վրա։
Պոլիմերային տեխնոլոգիայի առաջխաղացումից ի հայտ է եկել երկչափ բջիջների կուլտուրայի ժամանակակից ստանդարտ պլաստիկ ուտեստը, որը սովորաբար հայտնի է որպես Petri dish: Ջուլիուս Ռիչարդ Պետրին, գերմանացի մանրէաբան, որը սովորաբար գիտական գրականության մեջ համարվում է այս գյուտի գյուտարարը, աշխատել է որպես Ռոբերտ Կոխի օգնական: Այսօր տարբեր հետազոտողներ օգտագործում են նաև կուլտուրայի կոլբաներ, կոններ և նույնիսկ միանգամյա օգտագործման տոպրակներ, ինչպիսիք են միանգամյա օգտագործման կենսառեակտորներում:
Բացի լավ հաստատված անմահացած բջջային գծերի կուլտուրայից, շատ օրգանիզմների առաջնային բջիջներից բջիջները կարող են մշակվել սահմանափակ ժամանակով, մինչև առաջանա զգայունություն: Մշակված առաջնային բջիջները լայնորեն օգտագործվել են հետազոտության մեջ, ինչպես ձկան կերատոցիտների դեպքում՝ բջջային միգրացիայի ուսումնասիրություններում: Բջջային կուլտուրայի կրիչները կարող են օգտագործվել մեծ մասումտարբեր։
Բուսական բջիջների կուլտուրաները սովորաբար աճեցվում են որպես բջջային կասեցման կուլտուրաներ հեղուկ միջավայրում կամ կոշտ միջավայրում կոշտ միջավայրում: Բուսական չտարբերակված բջիջների և կալերի մշակումը պահանջում է բույսերի աճի հորմոնների՝ աուկսինի և ցիտոկինինի պատշաճ հավասարակշռություն:
