کشت سلولی به شدت به شرایط بستگی دارد. آنها برای هر نوع سلول متفاوت هستند، اما معمولاً شامل یک ظرف مناسب با بستر یا محیطی هستند که مواد مغذی لازم (اسیدهای آمینه، کربوهیدرات‌ها، ویتامین‌ها، مواد معدنی)، فاکتورهای رشد، هورمون‌ها و گازها (CO2، O2) را فراهم می‌کند و فیزیک را تنظیم می‌کند. -محیط شیمیایی (PH بافر، فشار اسمزی، دما). اکثر سلول ها به یک بستر سطحی یا مصنوعی (کشت چسب یا تک لایه) نیاز دارند، در حالی که سایر سلول ها می توانند آزادانه در یک محیط کشت (کشت سوسپانسیون) تکثیر شوند. طول عمر بیشتر سلول ها به طور ژنتیکی تعیین می شود، اما برخی از کشت های سلولی به سلول های جاودانه تبدیل شده اند که در صورت ایجاد شرایط بهینه، به طور نامحدود تکثیر می شوند.
تعریف
Sتعریف در اینجا بسیار ساده است. در عمل، اصطلاح "کشت سلولی" در حال حاضر به کشت سلول های مشتق شده از یوکاریوت های چند سلولی، به ویژه سلول های حیوانی، بر خلاف سایر انواع کشت اشاره دارد. توسعه تاریخی و روش های کشت ارتباط نزدیکی با کشت بافت و کشت اندام دارد. کشت ویروس همچنین با سلول ها به عنوان میزبان ویروس ها مرتبط است.
تاریخ
تکنیک های آزمایشگاهی برای به دست آوردن و کشت سلول های جدا شده از منبع بافت اصلی در اواسط قرن بیستم قوی تر شد. پیشرفت های اصلی در این زمینه توسط دانشمندان دانشگاه ییل انجام شد.
پیشرفت در اواسط قرن
در ابتدا، به دست آوردن و کشت سلول ها به منظور یافتن نوشدارویی برای بسیاری از ویروس های خطرناک انجام می شد. تعدادی از محققان کشف کرده‌اند که بسیاری از گونه‌های ویروس می‌توانند با خیال راحت در سلول‌های حیوانی رشد یافته مصنوعی یا حتی اندام‌های کاملی که به‌طور مستقل در فلاسک‌های مخصوص نگهداری می‌شوند، زندگی، رشد و تکثیر کنند. به عنوان یک قاعده، سلول های اندام حیوانات که تا حد امکان به انسان نزدیک هستند برای چنین آزمایشاتی استفاده می شود - به عنوان مثال، پستانداران بالاتر مانند شامپانزه ها. همه این اکتشافات در دهه 1940 انجام شد، زمانی که آزمایش‌ها بر روی افراد به دلایل خاصی بسیار مرتبط بودند.
روش شناسی
سلول‌ها را می‌توان به روش‌های مختلف از بافت‌ها برای کشت ex vivo جدا کرد. آنها را می توان به راحتی از خون پاک کرد، اما فقط گلبول های سفید قادر به رشد در کشت هستند. سلول ها می توانندبا هضم ماتریکس خارج سلولی با استفاده از آنزیم هایی مانند کلاژناز، تریپسین یا پروناز، قبل از هم زدن بافت برای آزاد کردن سلول ها به حالت تعلیق، از بافت های جامد جدا شود. از طرف دیگر، تکه‌های بافت را می‌توان در محیط‌های رشد قرار داد و سلول‌هایی که رشد می‌کنند برای کشت در دسترس هستند. این روش به عنوان کشت ریزنمونه شناخته می شود.
سلول هایی که مستقیماً از سوژه کشت می شوند به عنوان سلول های اولیه شناخته می شوند. به استثنای برخی از تومورها، اکثر کشت های سلولی اولیه طول عمر محدودی دارند.
جاودانه ها و سلول های بنیادی
یک رده سلولی تثبیت شده یا جاودانه، توانایی تولید مثل نامحدود، یا از طریق جهش تصادفی یا اصلاح عمدی، مانند بیان مصنوعی ژن تلومراز را به دست آورده است. خطوط سلولی متعددی به عنوان انواع سلولی معمولی شناخته شده اند.
کشت انبوه رده های سلولی حیوانی برای تولید واکسن های ویروسی و سایر محصولات بیوتکنولوژیکی اساسی است. کشت سلول های بنیادی انسانی برای افزایش تعداد آنها و تمایز سلول ها به انواع مختلف مناسب برای پیوند استفاده می شود. کشت سلول های انسانی (بنیادی) همچنین برای جمع آوری مولکول ها و اگزوزوم های آزاد شده توسط سلول های بنیادی برای اهداف درمانی استفاده می شود.
ارتباط با ژنتیک
محصولات بیولوژیکی تولید شده با فناوری DNA نوترکیب (rDNA) در کشت حیوانات عبارتند ازآنزیم ها، هورمون های مصنوعی، ایمونوبیولوژیک (آنتی بادی های مونوکلونال، اینترلوکین ها، لنفوکین ها) و عوامل ضد سرطانی. در حالی که بسیاری از پروتئین‌های ساده‌تر را می‌توان با استفاده از rDNA در کشت‌های باکتریایی ساخت، پروتئین‌های پیچیده‌تری که گلیکوزیله شده‌اند (تغییر یافته توسط کربوهیدرات‌ها) باید در سلول‌های حیوانی ساخته شوند.
یک مثال مهم از چنین پروتئین پیچیده ای، هورمون اریتروپویتین است. هزینه‌های رشد کشت سلولی پستانداران بالاست، بنابراین تحقیقات برای ایجاد چنین پروتئین‌های پیچیده در سلول‌های حشرات یا گیاهان عالی در حال انجام است. استفاده از سلول های تک جنینی و جنین های سوماتیک به عنوان منبع انتقال مستقیم ژن توسط بمباران ذرات، بیان ژن های گذرا و میکروسکوپ کانفوکال یکی از کاربردهای آن است. کشت سلول های گیاهی رایج ترین شکل این عمل است.
کشت بافت
کشت بافت کشت بافت ها یا سلول های جدا شده از یک موجود زنده است. این فرآیند معمولاً با استفاده از یک محیط رشد مایع، نیمه جامد یا جامد مانند براث یا آگار تسهیل می شود. کشت بافت عموماً به کشت سلول‌ها و بافت‌های حیوانی اطلاق می‌شود که اصطلاح خاص‌تری برای گیاهان، کشت سلول‌ها و بافت‌های گیاهی به کار می‌رود. اصطلاح "کشت بافت" توسط آسیب شناس آمریکایی مونتروز توماس باروز ابداع شد.
سابقه کشت بافت
در سال 1885، ویلهلم روکس بخشی از مدولاری را برداشت.بشقاب مرغ جنین و نگهداری آن در محلول نمکی گرم به مدت چند روز، ایجاد اصل اساسی کشت بافت است. در سال 1907، جانورشناس راس گرانویل هریسون رشد سلول های قورباغه جنینی را نشان داد که باعث ایجاد سلول های عصبی در لنف لخته شده می شود. در سال 1913، E. Steinhardt، C. Israel و R. A. Lambert ویروس vaccinia را در قطعاتی از بافت شاخ خوکچه هندی کشت کردند. این قبلاً چیزی بسیار پیشرفته تر از کشت سلول های گیاهی بود.
از گذشته تا آینده
Gotlieb Haberlandt اولین کسی بود که به امکان کشت بافت های گیاهی جدا شده اشاره کرد. او پیشنهاد کرد که این روش می‌تواند قابلیت‌های تک تک سلول‌ها را از طریق کشت بافت و همچنین تأثیر متقابل بافت‌ها بر یکدیگر را تعیین کند. همانطور که ادعاهای اصلی هابرلند محقق شد، تکنیک های کشت بافت و سلول به طور فعال شروع به استفاده از آن کردند که منجر به اکتشافات جدیدی در زیست شناسی و پزشکی شد. ایده اولیه او که در سال 1902 ارائه شد، پتانسیل کامل نامیده شد: "از لحاظ نظری، همه سلول های گیاهی قادر به تولید یک گیاه کامل هستند." کشت کشت سلولی در آن زمان پیشرفت چشمگیری داشت.
در استفاده مدرن، کشت بافت به طور کلی به رشد سلول ها از بافت یک ارگانیسم چند سلولی در شرایط آزمایشگاهی اشاره دارد. شرایط کشت سلولی در این مورد خیلی مهم نیست. این سلول ها ممکن است از یک ارگانیسم دهنده، سلول های اولیه یا یک رده سلولی جاودانه جدا شوند. سلول ها در حال شستشو هستندیک محیط کشت حاوی مواد مغذی و منابع انرژی لازم برای بقای آنها. اصطلاح "کشت بافت" اغلب به جای کشت سلولی استفاده می شود.
برنامه
معنای تحت اللفظی کشت بافت به کشت تکه های بافت، یعنی کشت ریزنمونه اشاره دارد.
کشت بافت ابزار مهمی برای مطالعه بیولوژی سلول های موجودات چند سلولی است. این یک مدل بافت آزمایشگاهی را در یک محیط کاملاً تعریف شده ارائه می دهد که به راحتی قابل دستکاری و تجزیه و تحلیل است.
در کشت بافت حیوانی، سلول ها را می توان به صورت تک لایه های دوبعدی (کشت معمولی) یا در داخل داربست ها یا ژل های فیبری رشد داد تا به ساختارهای بافت مانند سه بعدی طبیعی تر (کشت سه بعدی) دست یافت. اریک سایمون، در یک گزارش کمک مالی NIH SBIR در سال 1988، نشان داد که الکتروریسی را می توان برای تولید داربست های الیاف پلیمری در مقیاس نانو و زیر میکرون به طور خاص برای استفاده به عنوان بستر سلولی و بافتی در شرایط آزمایشگاهی استفاده کرد.
این استفاده اولیه از شبکه های فیبر رسانای الکتریکی برای کشت سلولی و مهندسی بافت نشان داد که انواع مختلف سلول ها روی الیاف پلی کربنات می چسبند و تکثیر می شوند. مشاهده شده است که برخلاف مورفولوژی مسطح که معمولاً در کشت دوبعدی دیده می‌شود، سلول‌های رشد یافته بر روی الیاف طناب الکتریکی مورفولوژی 3 بعدی گردتری را نشان می‌دهند که معمولاً در بافت‌های in vivo دیده می‌شود.
فرهنگبافت گیاهی، به ویژه، با رشد گیاهان کامل از تکه های کوچک الیاف گیاهی که در محیط کشت می شوند، مرتبط است.
تفاوت در مدل ها
تحقیق در مهندسی بافت، سلول های بنیادی و زیست شناسی مولکولی در درجه اول شامل رشد کشت سلولی در ظروف پلاستیکی تخت است. این روش به عنوان کشت سلولی دو بعدی (2 بعدی) شناخته می شود و اولین بار توسط ویلهلم روکس ابداع شد که در سال 1885 بخشی از صفحه مدولاری یک مرغ جنینی را برداشت و آن را برای چند روز در محلول نمکی گرم روی شیشه صاف نگه داشت.
از پیشرفت فناوری پلیمر، ظرف پلاستیکی استاندارد مدرن برای کشت سلولی دو بعدی، که معمولاً به عنوان ظرف پتری شناخته می شود، پدید آمده است. جولیوس ریچارد پتری، یک باکتری شناس آلمانی که معمولاً در ادبیات علمی به عنوان مخترع این اختراع شناخته می شود، به عنوان دستیار رابرت کخ کار می کرد. امروزه، محققان مختلف همچنین از فلاسک های کشت، مخروط ها و حتی کیسه های یکبار مصرف مانند کیسه های مورد استفاده در بیوراکتورهای یکبار مصرف استفاده می کنند.
علاوه بر کشت رده‌های سلولی جاودانه تثبیت‌شده، سلول‌های ریزنمونه‌های اولیه بسیاری از ارگانیسم‌ها را می‌توان برای مدت زمان محدودی تا زمان بروز حساسیت کشت داد. سلول های اولیه کشت شده به طور گسترده در تحقیقات مورد استفاده قرار گرفته اند، مانند مورد کراتوسیت های ماهی در مطالعات مهاجرت سلولی. محیط کشت سلولی را می توان در بیشتر موارد استفاده کردمتفاوت است.
کشت های سلولی گیاهی معمولاً به عنوان کشت سوسپانسیون سلولی در محیط های مایع یا در کشت کالوس روی محیط های جامد رشد می کنند. کشت سلول‌های گیاهی تمایز نیافته و کالوس‌ها به تعادل مناسب هورمون‌های رشد گیاهی اکسین و سیتوکینین نیاز دارد.
