ثقافة الخلية تعتمد بشكل كبير على الظروف. تختلف باختلاف نوع الخلية ، ولكنها تتكون عادةً من وعاء مناسب به ركيزة أو وسيط يوفر العناصر الغذائية الضرورية (الأحماض الأمينية والكربوهيدرات والفيتامينات والمعادن) وعوامل النمو والهرمونات والغازات (CO2 ، O2) وينظم الجسم. - البيئة الكيميائية (درجة الحموضة العازلة ، الضغط الاسموزي ، درجة الحرارة). تتطلب معظم الخلايا سطحًا أو ركيزة صناعية (مادة لاصقة أو ثقافة أحادية الطبقة) ، بينما يمكن نشر خلايا أخرى بحرية في وسط استزراع (ثقافة معلقة). يتم تحديد عمر معظم الخلايا وراثيًا ، ولكن تم تحويل بعض مزارع الخلايا إلى خلايا خالدة تتكاثر إلى أجل غير مسمى إذا تم إنشاء الظروف المثلى.
التعريف
S.التعريف هنا بسيط جدًا. من الناحية العملية ، يشير مصطلح "ثقافة الخلية" الآن إلى زراعة الخلايا المشتقة من حقيقيات النوى متعددة الخلايا ، وخاصة الخلايا الحيوانية ، على عكس الأنواع الأخرى من المستنبتات. ترتبط طرق التطوير والثقافة التاريخية ارتباطًا وثيقًا بزراعة الأنسجة وزراعة الأعضاء. ترتبط زراعة الفيروسات أيضًا بالخلايا كمضيف للفيروسات.
التاريخ
أصبحت التقنيات المعملية للحصول على الخلايا المنفصلة عن مصدر الأنسجة الأصلي وزرعها أكثر قوة في منتصف القرن العشرين. الاختراقات الرئيسية في هذا المجال صنعها علماء من جامعة ييل.
اختراق منتصف القرن
في الأصل ، كان الحصول على الخلايا وزرعها يُمارس من أجل إيجاد الدواء الشافي للعديد من الفيروسات الخطيرة. اكتشف عدد من الباحثين أن العديد من سلالات الفيروسات يمكن أن تعيش بأمان وتزدهر وتتكاثر على خلايا حيوانية مزروعة صناعيًا أو حتى أعضاء كاملة يتم الاحتفاظ بها بشكل مستقل في قوارير خاصة. كقاعدة عامة ، تُستخدم خلايا أعضاء الحيوانات القريبة قدر الإمكان من البشر في مثل هذه الاختبارات - على سبيل المثال ، الرئيسيات الأعلى مثل الشمبانزي. تم إجراء كل هذه الاكتشافات في الأربعينيات من القرن الماضي ، عندما كانت التجارب على الأشخاص أكثر صلة لأسباب معينة.
المنهجية
يمكن عزل الخلايا من الأنسجة للثقافة خارج الجسم الحي بعدة طرق. يمكن تطهيرها من الدم بسهولة ، لكن الخلايا البيضاء فقط هي القادرة على النمو في المزرعة. يمكن الخلايايتم عزلها من الأنسجة الصلبة عن طريق هضم المصفوفة خارج الخلية باستخدام إنزيمات مثل كولاجيناز أو التربسين أو الكبريناز قبل تحريك الأنسجة لتحرير الخلايا في التعليق. بدلاً من ذلك ، يمكن وضع قطع من الأنسجة في وسط النمو وتكون الخلايا التي تنمو متاحة للزراعة. تُعرف هذه الطريقة باسم الثقافة النباتية.
الخلايا التي يتم استزراعها مباشرة من الموضوع تُعرف بالخلايا الأولية. باستثناء بعض المشتقات من الأورام ، فإن معظم مزارع الخلايا الأولية لها عمر محدود.
الخالدون والخلايا الجذعية
اكتسب خط الخلية الراسخ أو الخالد القدرة على التكاثر إلى أجل غير مسمى ، إما من خلال طفرة عشوائية أو تعديل متعمد ، مثل التعبير الاصطناعي لجين التيلوميراز. تُعرف العديد من خطوط الخلايا بأنواع الخلايا النموذجية.
الاستزراع الجماعي لخطوط الخلايا الحيوانية أمر أساسي لإنتاج اللقاحات الفيروسية ومنتجات التكنولوجيا الحيوية الأخرى. تُستخدم زراعة الخلايا الجذعية البشرية لتوسيع أعدادها وتمييز الخلايا إلى أنواع مختلفة مناسبة للزرع. تُستخدم زراعة الخلايا البشرية (الجذعية) أيضًا في جمع الجزيئات والإكسوسومات التي تطلقها الخلايا الجذعية للأغراض العلاجية.
اتصال بالوراثة
تشمل المنتجات البيولوجية التي تنتجها تقنية الحمض النووي المؤتلف (rDNA) في الثقافات الحيوانية ما يلي:الإنزيمات ، والهرمونات الاصطناعية ، والبيولوجيا المناعية (الأجسام المضادة وحيدة النسيلة ، والإنترلوكينات ، والليمفوكينات) والعوامل المضادة للسرطان. بينما يمكن صنع العديد من البروتينات الأبسط باستخدام الحمض النووي الريبي في الثقافات البكتيرية ، يجب حاليًا تصنيع البروتينات الأكثر تعقيدًا التي يتم تعديلها بالجليكوزيلات (المعدلة بالكربوهيدرات) في الخلايا الحيوانية.
مثال مهم لمثل هذا البروتين المعقد هو هرمون إرثروبويتين. إن تكاليف زراعة خلايا الثدييات مرتفعة ، لذا فإن الأبحاث جارية لإنشاء مثل هذه البروتينات المعقدة في خلايا الحشرات أو في النباتات العليا. يعد استخدام الخلايا الجنينية الفردية والأجنة الجسدية كمصدر لنقل الجينات المباشر عن طريق قصف الجسيمات ، والتعبير عن الجينات العابرة ، والفحص المجهري متحد البؤر أحد تطبيقاته. زراعة الخلايا النباتية هي الشكل الأكثر شيوعًا لهذه الممارسة.
مزارع الأنسجة
زراعة الأنسجة هي زراعة الأنسجة أو الخلايا المنفصلة عن الكائن الحي. عادة ما يتم تسهيل هذه العملية باستخدام وسط نمو سائل أو شبه صلب أو صلب مثل المرق أو الأجار. تشير زراعة الأنسجة عمومًا إلى زراعة الخلايا والأنسجة الحيوانية ، مع استخدام مصطلح أكثر تحديدًا للنباتات والخلايا النباتية وزراعة الأنسجة. مصطلح "زراعة الأنسجة" صاغه عالم الأمراض الأمريكي مونتروز توماس بوروز.
تاريخ زراعة الأنسجة
في عام 1885 ، أزال ويلهلم رو جزءًا من النخاعأطباق من الدجاج الجنيني وحفظها في محلول ملحي دافئ لعدة أيام ، لتأسيس المبدأ الأساسي لزراعة الأنسجة. في عام 1907 ، أظهر عالم الحيوان روس جرانفيل هاريسون نمو خلايا الضفدع الجنينية التي من شأنها أن تؤدي إلى ظهور الخلايا العصبية في الليمف المتخثر. في عام 1913 ، قام E. Steinhardt و C. Israel و R. A Lambert بزراعة فيروس اللقاح في أجزاء من نسيج قرن خنزير غينيا. لقد كان بالفعل شيئًا أكثر تقدمًا من زراعة الخلايا النباتية.
من الماضي الى المستقبل
كان Gotlieb Haberlandt أول من أشار إلى إمكانية زراعة أنسجة نباتية معزولة. اقترح أن هذه الطريقة يمكن أن تحدد قدرات الخلايا الفردية من خلال زراعة الأنسجة ، وكذلك التأثير المتبادل للأنسجة على بعضها البعض. عندما تم تحقيق ادعاءات هابرلاند الأصلية ، بدأ تطبيق تقنيات الأنسجة والخلايا بشكل نشط ، مما أدى إلى اكتشافات جديدة في علم الأحياء والطب. كانت فكرته الأصلية ، التي قُدمت في عام 1902 ، تُدعى توتيبوتيشنتي: "نظريًا ، كل الخلايا النباتية قادرة على إنتاج نبتة كاملة." تقدمت زراعة مزارع الخلايا في ذلك الوقت بشكل كبير.
في الاستخدام الحديث ، تشير زراعة الأنسجة عمومًا إلى نمو الخلايا من أنسجة كائن حي متعدد الخلايا في المختبر. ظروف زراعة الخلايا ليست مهمة جدًا في هذه الحالة. يمكن عزل هذه الخلايا من كائن متبرع أو خلايا أولية أو خط خلوي خالد. الخلايا تغسلوسط استزراع يحتوي على العناصر الغذائية ومصادر الطاقة اللازمة لبقائهم على قيد الحياة. غالبًا ما يستخدم مصطلح "زراعة الأنسجة" بالتبادل مع زراعة الخلايا.
التطبيق
المعنى الحرفي لزراعة الأنسجة يشير إلى زراعة قطع من الأنسجة ، أي الثقافة النباتية.
زراعة الأنسجة أداة مهمة لدراسة بيولوجيا الخلايا من الكائنات متعددة الخلايا. يوفر نموذجًا للأنسجة المختبرية في بيئة محددة جيدًا يمكن معالجتها وتحليلها بسهولة.
في زراعة الأنسجة الحيوانية ، يمكن زراعة الخلايا على هيئة طبقات أحادية ثنائية الأبعاد (ثقافة تقليدية) أو داخل سقالات ليفية أو مواد هلامية لتحقيق هياكل شبيهة بالأنسجة ثلاثية الأبعاد (ثقافة ثلاثية الأبعاد). أظهر إريك سيمون ، في تقرير منحة NIH SBIR لعام 1988 ، أنه يمكن استخدام الغزل الكهربائي لإنتاج سقالات ألياف بوليمر متناهية الصغر ومتناهية الصغر مصممة خصيصًا للاستخدام كركائز للخلية والأنسجة في المختبر.
أظهر هذا الاستخدام المبكر لشبكات الألياف الموصلة كهربائيًا لزراعة الخلايا وهندسة الأنسجة أن أنواعًا مختلفة من الخلايا ستلتصق وتتكاثر على ألياف البولي كربونات. لقد لوحظ أنه ، على عكس التشكل المفلطح الذي يُرى عادةً في الثقافة ثنائية الأبعاد ، تظهر الخلايا المزروعة على ألياف الحبل الكهربائي شكلاً ثلاثي الأبعاد أكثر تقريبًا في الأنسجة الحية.
ثقافةترتبط الأنسجة النباتية ، على وجه الخصوص ، بزراعة نباتات كاملة من قطع صغيرة من الألياف النباتية المزروعة في وسط.
الاختلافات في النماذج
يتضمن البحث في هندسة الأنسجة والخلايا الجذعية والبيولوجيا الجزيئية في المقام الأول زراعة مزارع الخلايا على أطباق بلاستيكية مسطحة. تُعرف هذه الطريقة باسم زراعة الخلايا ثنائية الأبعاد (2D) وقد تم تطويرها لأول مرة بواسطة Wilhelm Roux ، الذي أزال في عام 1885 جزءًا من الصفيحة النخاعية لدجاجة جنينية واحتفظ بها في محلول ملحي دافئ لعدة أيام على زجاج مسطح.
من خلال تقدم تقنية البوليمر ، ظهر الطبق البلاستيكي القياسي الحديث لثقافة الخلايا ثنائية الأبعاد ، والمعروف باسم طبق بتري. جوليوس ريتشارد بيتري ، عالم البكتريا الألماني ، الذي يُنسب إليه الفضل عادةً في المؤلفات العلمية باعتباره مخترع هذا الاختراع ، عمل كمساعد لروبرت كوخ. اليوم ، يستخدم العديد من الباحثين أيضًا قوارير المزرعة ، والأقماع ، وحتى الأكياس التي تستخدم لمرة واحدة مثل تلك المستخدمة في المفاعلات الحيوية التي تستخدم لمرة واحدة.
إلى جانب زراعة سلالات خلوية خالدة راسخة ، يمكن زراعة الخلايا من إإكسبلنتس الأولية للعديد من الكائنات الحية لفترة محدودة من الوقت حتى تحدث القابلية للإصابة. تم استخدام الخلايا الأولية المستزرعة على نطاق واسع في البحث ، كما في حالة الخلايا القرنية السمكية في دراسات هجرة الخلايا. يمكن استخدام وسائط زراعة الخلايا في معظمهامختلف.
عادة ما تزرع مزارع الخلايا النباتية كثقافات تعليق الخلية في الوسائط السائلة أو في مزارع الكالس على وسائط صلبة. تتطلب زراعة الخلايا النباتية غير المتمايزة والكالي توازنًا مناسبًا لهرمونات نمو النبات الأوكسين والسيتوكينين.
