Kultur sel sangat bergantung pada keadaan. Mereka berbeza untuk setiap jenis sel, tetapi biasanya terdiri daripada bekas yang sesuai dengan substrat atau medium yang menyediakan nutrien yang diperlukan (asid amino, karbohidrat, vitamin, mineral), faktor pertumbuhan, hormon dan gas (CO2, O2) dan mengawal fizik. -persekitaran kimia.(ph penampan, tekanan osmotik, suhu). Kebanyakan sel memerlukan permukaan atau substrat tiruan (kultur pelekat atau monolayer), manakala yang lain boleh dibiakkan secara bebas dalam medium kultur (kultur ampaian). Jangka hayat kebanyakan sel ditentukan secara genetik, tetapi sesetengah kultur sel telah diubah menjadi sel abadi yang akan membiak selama-lamanya jika keadaan optimum dicipta.
Definisi
Sdefinisi di sini agak mudah. Dalam praktiknya, istilah "kultur sel" kini merujuk kepada penanaman sel yang berasal daripada eukariota multiselular, terutamanya sel haiwan, berbanding dengan jenis budaya lain. Kaedah pembangunan dan kultur sejarah berkait rapat dengan kultur tisu dan kultur organ. Kultur virus juga dikaitkan dengan sel sebagai perumah bagi virus.
Sejarah
Teknik makmal untuk mendapatkan dan mengkultur sel yang diasingkan daripada sumber tisu asal menjadi lebih mantap pada pertengahan abad ke-20. Penemuan utama dalam bidang ini dibuat oleh saintis dari Universiti Yale.
Terobosan Abad Pertengahan
Pada asalnya, mendapatkan dan mengkultur sel telah diamalkan untuk mencari ubat penawar bagi banyak virus berbahaya. Sebilangan penyelidik telah menemui bahawa banyak jenis virus boleh hidup, berkembang dan membiak dengan selamat pada sel haiwan yang ditanam secara buatan atau bahkan seluruh organ yang disimpan secara autonomi dalam kelalang khas. Sebagai peraturan, sel-sel organ haiwan yang sedekat mungkin dengan manusia digunakan untuk ujian sedemikian - contohnya, primata yang lebih tinggi seperti cimpanzi. Semua penemuan ini dibuat pada tahun 1940-an, apabila eksperimen ke atas orang paling relevan atas sebab tertentu.
Metodologi
Sel boleh diasingkan daripada tisu untuk kultur ex vivo dalam beberapa cara. Mereka boleh dengan mudah dibersihkan daripada darah, tetapi hanya sel putih yang mampu berkembang dalam budaya. Sel bolehdiasingkan daripada tisu pepejal melalui penghadaman matriks ekstraselular menggunakan enzim seperti kolagenase, tripsin, atau pronase sebelum menggerakkan tisu untuk melepaskan sel-sel ke dalam ampaian. Sebagai alternatif, kepingan tisu boleh diletakkan dalam media pertumbuhan dan sel-sel yang tumbuh tersedia untuk kultur. Kaedah ini dikenali sebagai kultur eksplan.
Sel yang dikultur terus daripada subjek dikenali sebagai sel primer. Dengan pengecualian beberapa yang berasal daripada tumor, kebanyakan kultur sel primer mempunyai jangka hayat yang terhad.
Abadi dan sel stem
Saluran sel yang mantap atau diabadikan telah memperoleh keupayaan untuk membiak selama-lamanya, sama ada melalui mutasi rawak atau pengubahsuaian yang disengajakan, seperti ekspresi tiruan gen telomerase. Banyak garisan sel terkenal sebagai jenis sel biasa.
Budaya besar-besaran garisan sel haiwan adalah asas kepada penghasilan vaksin virus dan produk bioteknologi lain. Kultur sel stem manusia digunakan untuk mengembangkan bilangannya dan membezakan sel kepada jenis yang berbeza yang sesuai untuk pemindahan. Kultur sel manusia (stem) juga digunakan untuk mengumpul molekul dan eksosom yang dikeluarkan oleh sel stem untuk tujuan terapeutik.
Kaitan dengan genetik
Produk biologi yang dihasilkan oleh teknologi DNA rekombinan (rDNA) dalam kultur haiwan termasukenzim, hormon sintetik, imunobiologi (antibodi monoklonal, interleukin, limfokin) dan agen antikanser. Walaupun banyak protein yang lebih ringkas boleh dibuat menggunakan rDNA dalam kultur bakteria, protein yang lebih kompleks yang terglikosilasi (diubah suai oleh karbohidrat) mesti dibuat dalam sel haiwan pada masa ini.
Contoh penting protein kompleks tersebut ialah hormon erythropoietin. Kos untuk mengembangkan kultur sel mamalia adalah tinggi, jadi penyelidikan sedang dijalankan untuk mencipta protein kompleks sedemikian dalam sel serangga atau dalam tumbuhan yang lebih tinggi. Penggunaan sel embrio tunggal dan embrio somatik sebagai sumber pemindahan gen langsung melalui pengeboman zarah, ekspresi gen sementara, dan mikroskopi confocal adalah salah satu aplikasinya. Kultur sel tumbuhan ialah bentuk amalan ini yang paling biasa.
kultur tisu
Kultur tisu ialah penanaman tisu atau sel yang dipisahkan daripada organisma. Proses ini biasanya dipermudah menggunakan medium pertumbuhan cecair, separa pepejal atau pepejal seperti sup atau agar. Kultur tisu secara amnya merujuk kepada kultur sel dan tisu haiwan, dengan istilah yang lebih khusus digunakan untuk tumbuhan, sel tumbuhan dan kultur tisu. Istilah "kultur tisu" dicipta oleh ahli patologi Amerika Montrose Thomas Burroughs.
Sejarah kultur tisu
Pada tahun 1885, Wilhelm Roux mengeluarkan bahagian medulapinggan ayam janin dan mengekalkannya dalam larutan garam hangat selama beberapa hari, mewujudkan prinsip asas kultur tisu. Pada tahun 1907, ahli zoologi Ross Granville Harrison menunjukkan pertumbuhan sel katak embrio yang akan menimbulkan sel-sel saraf dalam limfa beku. Pada tahun 1913, E. Steinhardt, C. Israel, dan R. A. Lambert menanam virus vaccinia dalam serpihan tisu tanduk guinea pig. Ia sudah menjadi sesuatu yang jauh lebih maju daripada kultur sel tumbuhan.
Dari masa lalu ke masa depan
Gotlieb Haberlandt ialah orang pertama yang menunjukkan kemungkinan menanam tisu tumbuhan terpencil. Beliau mencadangkan kaedah ini dapat menentukan keupayaan sel individu melalui kultur tisu, serta pengaruh tisu bersama antara satu sama lain. Apabila tuntutan asal Haberland direalisasikan, teknik kultur tisu dan sel mula digunakan secara aktif, membawa kepada penemuan baharu dalam biologi dan perubatan. Idea asalnya, yang dibentangkan pada tahun 1902, dipanggil totipotensi: "Secara teorinya, semua sel tumbuhan mampu menghasilkan tumbuhan yang lengkap." Penanaman kultur sel pada masa itu maju secara mendadak.
Dalam penggunaan moden, kultur tisu secara amnya merujuk kepada pertumbuhan sel daripada tisu organisma multiselular secara in vitro. Keadaan kultur sel tidak begitu penting dalam kes ini. Sel-sel ini mungkin diasingkan daripada organisma penderma, sel primer atau garisan sel yang diabadikan. Sel sedang mencucimedium kultur yang mengandungi nutrien dan sumber tenaga yang diperlukan untuk kemandirian mereka. Istilah "kultur tisu" sering digunakan secara bergantian dengan kultur sel.
Permohonan
Makna literal kultur tisu merujuk kepada penanaman kepingan tisu, iaitu kultur eksplan.
Kultur tisu ialah alat penting untuk mengkaji biologi sel daripada organisma multisel. Ia menyediakan model tisu in vitro dalam persekitaran yang jelas yang boleh dimanipulasi dan dianalisis dengan mudah.
Dalam kultur tisu haiwan, sel boleh ditanam sebagai lapisan tunggal 2D (kultur konvensional) atau di dalam perancah atau gel berserabut untuk mencapai struktur seperti tisu 3D yang lebih naturalistik (kultur 3D). Eric Simon, dalam laporan geran NIH SBIR 1988, menunjukkan bahawa electrospinning boleh digunakan untuk menghasilkan perancah gentian polimer berskala nano dan submikron yang direka khusus untuk digunakan sebagai substrat sel dan tisu secara in vitro.
Penggunaan awal grid gentian konduktif elektrik untuk kultur sel dan kejuruteraan tisu menunjukkan bahawa pelbagai jenis sel akan melekat dan membiak pada gentian polikarbonat. Telah diperhatikan bahawa, berbeza dengan morfologi leper yang biasanya dilihat dalam budaya 2D, sel yang tumbuh pada gentian kord elektrik mempamerkan morfologi 3D yang lebih bulat yang biasanya dilihat dalam tisu in vivo.
Budayatisu tumbuhan, khususnya, dikaitkan dengan pertumbuhan keseluruhan tumbuhan daripada kepingan kecil gentian tumbuhan yang ditanam dalam medium.
Perbezaan dalam model
Penyelidikan dalam kejuruteraan tisu, sel stem dan biologi molekul terutamanya melibatkan pertumbuhan kultur sel pada pinggan plastik rata. Kaedah ini dikenali sebagai kultur sel dua dimensi (2D) dan pertama kali dibangunkan oleh Wilhelm Roux, yang pada tahun 1885 mengeluarkan sebahagian daripada plat medula ayam embrio dan menyimpannya dalam salin hangat selama beberapa hari di atas kaca rata.
Dari kemajuan teknologi polimer, pinggan plastik standard moden untuk kultur sel dua dimensi, yang biasanya dikenali sebagai piring petri, telah muncul. Julius Richard Petri, ahli bakteriologi Jerman, biasanya dikreditkan dalam kesusasteraan saintifik sebagai pencipta ciptaan ini, bekerja sebagai pembantu kepada Robert Koch. Hari ini, pelbagai penyelidik turut menggunakan kelalang kultur, kon dan juga beg pakai buang seperti yang digunakan dalam bioreaktor pakai buang.
Selain kultur garisan sel diabadikan yang mantap, sel daripada eksplan utama banyak organisma boleh dibiakkan untuk tempoh masa terhad sehingga kerentanan berlaku. Sel primer yang dikultur telah digunakan secara meluas dalam penyelidikan, seperti dalam kes keratosit ikan dalam kajian migrasi sel. Media kultur sel boleh digunakan dalam kebanyakanberbeza.
Kultur sel tumbuhan biasanya ditanam sebagai kultur ampaian sel dalam media cecair atau dalam kultur kalus pada media pepejal. Kultur sel tumbuhan dan kalus yang tidak dibezakan memerlukan keseimbangan hormon pertumbuhan tumbuhan auksin dan sitokinin yang betul.
