A sejttenyészet a biológia technológiáinak összessége, amelyet a sejtek testükön ( ex vivo ) vagy hátterén kívüli növesztésére használnak, tudományos vagy IVF kísérletezése céljából .
A tenyésztett sejtek lehetnek:
A tudósok a XIX . Század vége óta próbálják a sejteket a laboratóriumban növeszteni , de nem járt sikerrel, mert a minták rutinszerűen elpusztultak. 1912-ben Alexis Carrel francia sebésznek sikerült tenyésztenie a csirkeszív sejtjeit, amelyek tovább vertek. Az akkori tudományos közösség úgy vélte, hogy kísérlete az egyik legfontosabb volt abban az időben, és a folyóiratok azt állították, hogy ez a sejt halhatatlanságához vezet, Carrel azonban eugenikus és misztikus volt. Minden évben megünnepelte a sejtek „születésnapját” , de végül megtudtuk, hogy az eredeti sejtek nem éltek túl sokáig, és egyetlen tudósnak sem sikerült megismételnie kísérletét. Valójában Carrel új sejteket vezetett be, valahányszor embriólével "etette" őket .
Az igazi áttörés 1951-ben történt, amikor Henrietta Lacks sejtjeinek , HeLa sejteknek nevezték el , amelyeket rákműtétje során vettek és George Gay biológus tenyésztett, és végtelen szaporodásukkal "halhatatlannak" bizonyultak . Ma is használják a laboratóriumban.
Az elsődleges tenyészet az egyik sejttenyésztési rendszer, amelyet közvetlenül a szövetekből nyert sejtek tenyésztése hoz létre. Az elsődleges tenyészet a szövet vagy szerv biopsziájával (~ 1 cm 3 ) kezdődik boncolással. Normális esetben a sejteknek sejtközi kapcsolata van az alapmembránnal vagy a sejtmátrixszal. A sejtek tenyésztése érdekében ezeket a kapcsolatokat meg kell szakítani (az egyes sejtek szuszpenziója). Vannak enzimatikus vagy kémiai emésztési módszerek, amelyekben különféle proteolitikus enzimeket, például tripszint vagy kollagenázt alkalmaznak. Emellett mechanikus szétválasztási módszerek is alkalmazhatók, például a szövet szétválasztása sebészeti késsel. A kapott sejtszuszpenziókat soros hígítási és centrifugálási eljárással tisztítjuk és tenyésztőedényekbe visszük.
A sejtek tenyésztése után 2-3 nappal a táptalaj cseréje szükséges. Adherens tenyészetek esetén a tápközeget közvetlenül leszívással eltávolíthatjuk, majd kicserélhetjük. Nem tapadó vagy szuszpendált sejtek esetében a táptalaj cseréjét 200 g- os centrifugálási lépésnek kell megelőznie 10 percig. Ezután a sejtpelletet friss táptalajban kell szuszpendálni.
Amint azt a fentiekben leírtuk, a szaporodó sejtek gyorsan előidézik a szükséges anyagok fogyasztását, a metabolitok növekedését és a tenyésztési környezetben a proliferációs területek csökkenését. Ebben a helyzetben a sejtek szaporodása csökkenni kezd vagy teljesen megszűnik. Az optimális sejtsűrűség fenntartása érdekében a folyamatos növekedéshez és a további szaporodás serkentéséhez az elsődleges tenyészetet megfelelő körülmények között új tenyésztési környezetbe kell átvinni, különben tovább szaporodhatnak. Ezt a folyamatot másodlagos sejttenyészetnek nevezik. Az adherens sejtek szekunder tenyészetének első lépése a sejtek leválasztása a szubsztrátról, amikor a sejtek nagy összefolyásig érnek el. A tripszint gyakran alkalmazzák erre a célra. A sejteket ezután felosztjuk és új tenyészetekbe visszük. A másodlagos sejtek tenyésztése időszakosan szükséges a sejtek növekedési terének és friss tápanyagainak biztosításához, ami segít meghosszabbítani a sejtek életét és növelni a sejtek számát a tenyészetben.
A sejttenyésztő tápközeg a tápanyagok és a növekedési faktorok összetett keveréke, amely a fizikai környezettel együtt befolyásolhatja a sejtek fejlődését. A sejttenyésztő tápközeg összetevői a következő általános osztályokba sorolhatók: víz, glükóz, aminosavak, vitaminok, szervetlen és szerves sók, lipidek és kiegészítők, amelyek tartalmazhatnak fehérjéket, növekedési faktorokat, hidrolizátumokat és szérumot. A sejtvonalon kívül nem lehet más olyan tényező, amely erősebben befolyásolja a sejtek szaporodását.
A sejtek típusától és működésétől függően a tápanyagigény és a pH eltér. Amint a sejtnövekedés a kezdeti beoltástól az összefolyásig vagy a sejtsűrűség csúcsáig tart, a sejtek különböző sebességgel használják az aminosavakat és más komponenseket. A jó sejtfejlődés optimalizálása érdekében ellenőrizni kell az ammóniát, a szabad gyököket, a nehézfém-toxicitást, a pH-változást, az ozmolalitás ingadozását, a tápanyagok kimerülését, valamint a kémiai és biológiai szennyeződéseket.
A táptalajok a hozzáadott, meghatározatlan összetevők, például állati szérumok, fehérje növekedési faktorok és hidrolizált állati vagy növényi fehérjék összetettségének mértéke szerint osztályozhatók.
A sejttenyészetben több különböző felületű lemezt és lombikot használnak. Az alábbi táblázat, amelyet a Thermo Fisher Scientific ír le , néhány hasznos számot mutat be, például a különböző méretű tenyésztőedények területe, vetési sűrűsége és a táptalaj térfogata. Valójában a lemez vagy lombik sejtjeinek száma, valamint a szükséges táptalaj térfogata a tenyészetbe helyezett sejtek típusától függően változik. HeLa sejteket használunk ehhez a táblázathoz.
Felület (cm2) | Vetéssűrűség | A táptalaj térfogata (ml) | |
---|---|---|---|
6 kút | 9.6 | 0,3 x10 ^ 6 | 1-3 |
12 kút | 3.5 | 2,1 x 10 ^ 6 | 1-2 |
24 kút | 1.9 | 0,05 x 10 ^ 6 | 0,5-1 |
48 kút | 1.1 | 0,03 x 10 ^ 6 | 0,2-0,4 |
96 kút | 0,32 | 0,01 x 10 ^ 6 | 0,1-0,2 |
T-25 | 25 | 0,7 x 10 ^ 6 | 3-5 |
T-75 | 75 | 2,1 x 10 ^ 6 | 8-15 |
T-175 | 175 | 4,9 x 10 ^ 6 | 35-53 |
T-225 | 225 | 6,3 x 10 ^ 6 | 45-68 |
A krioprezerválás a sejtek fagyasztásának módja, fenntartva életképességüket, amíg hónapokkal vagy évekkel később meg nem olvadnak. Íme néhány előnye a sejtek krioprezerválásának:
A mikroorganizmusokat legtöbbször szuszpenzióban tenyésztő táptalajban vagy félszilárd tápközegben tenyésztik Petri-csészékben . Feltételek fizikai - kémiai növekedési baktériumtenyészetet eltérőek, mind a hőmérséklet , légköri nyomáson , sótartalma a közeg, összetétele a biomolekulák , és még a fényerő (például bizonyos cianobaktériumok).
Lásd még a mikrobiológiai tenyésztésről szóló cikket .
Az állati sejteket általában inkubátorokban tenyésztik , 37 ° C hőmérsékleten és nagyon nedves légkörben, szabályozott CO 2 -tartalommal , gyakran 5% -kal.
Néhány sejtet szuszpenzióban tenyésztenek tápközegükben (nem tapadó sejtek), másokat kezelt műanyagokon adhéziós képességgel kínálnak . Ezek a tartók különböző méretű dobozok vagy lombikok formájában lehetnek . A sejteket rekonstituált háromdimenziós környezetben is tenyészthetjük, közel a természetes extracelluláris mátrixokhoz (Matrigel). Különleges tenyésztési technikák alkalmazhatók bizonyos sejtekre, amelyek túlélésük érdekében kötelezőek, vagy ezeknek az állapotoknak a javítására vagy bizonyos paraméterek ellenőrzésére a kísérletek során:
A sejttenyésztést gyakran CO 2 inkubátorokban tárolt lombikokban és több üreges lemezeken végzik . Az inkubátorok a sejtek körül szabályozzák a hőmérsékletet (~ 37 o C), a páratartalmat (~ 95%) és a gázatmoszférát (CO 2 , 5%), valamint közvetett módon a táptalaj pH-ját hidrogén-karbonát pufferrendszerrel. Ezeknek a paramétereknek ideális esetben állandóaknak kell lenniük, és nem jelenthetik a kísérleti variációk forrását.
A kultúrában lévő sejtek nagyon fontos vizsgálati anyagok. Az általuk kínált előnyöknek köszönhetően a sejtek továbbra is értékesek az alapkutatás és a közvetlen alkalmazások szempontjából. A technológiai fejlődés fontos az új komplex kihívások megválaszolásában, és a sejtek in vitro tenyésztésének módja intenzív aktivitás.
A regeneratív gyógyászat iránti igény kielégítésére a XXI . Század elején megjelentek az első robot automatizált vagy sejttenyésztési rendszerek .
2010-ben a National Institute of Advanced Industrial Sciences and Techniques (AIST, Japán) és a Kawasaki Heavy Industries bemutatta az első robot (más néven R-CPX , az robotosított - Cell Processing szakértői rendszer ), amely képes közösen sejtek tenyésztésére több embert. Ez egy 4 m széles és 2 m magas blokk, amely két robotkarból áll, amelyek egy tapasztalt technikus mozgását reprodukálják, hidrogén-peroxid gőzzel fertőtlenített környezetben . Körülbelül 100 millió jenbe , vagyis +/- 800 000 euróba kerülne , és a vállalat reményei szerint körülbelül 100 darabot ad el 10 év alatt.
A 2010-es évek óta egy háromdimenziós tenyésztési rendszer (gél) megjelenése lehetővé tette a nagy előrelépéseket a többsejtű rendszerek termesztésében és az organoidok képződésében .