Ląstelės biologija

Audinių kultūros

Viena iš svarbiausių aukštesniųjų organizmų savybių yra tai, kad jie – daugialąsčiai, sudaryti iš daugybės skirtingų ląstelių. Daugialąsčių organizmų ląstelės pasižymi specializacija. Daugialąsčiam organizmui nebūtina, kad kiekviena ląstelė vykdytų visas organizmui funkcionuoti būtinas funkcijas.

Nors daugelis aukštesniųjų organizmų ląstelių turi organeles ir panašius metabolinius kelius, kiekviena ląstelė ar jų grupė taip pat turi ir specifines, tik joms būdingas savybes, padedančias organizmui, kaip ląstelių visumai, atlikti tam tikras funkcijas.

Kadangi kiekviena ląstelė turi tik jai priskirtą funkciją – sekretuoti specifinį produktą, susitraukti, perduoti elektrinį signalą ir kt., organizme jos pasižymi ir skirtingomis charakteringomis savybėmis – forma, struktūra, dydžiu ir funkcijomis. Tokios ląstelės įprastai apibrėžiamos kaip diferencijuotos.

Suaugęs stuburinis gyvūnas įprastai turi daugiau nei šimtą skirtingų ląstelių grupių. Šios ląstelės organizuotos tam tikrose vietose, kad atliktų tam tikras, joms būdingas funkcijas.

Daugelis gyvūninių ląstelių, naudojant specifines technikas, gali būti auginamos ir už jų organo ar audinio ribų. Izoliuotos ląstelės, audiniai ar organai gali būti auginami ant dirbtinių, įprastai apdoroto plastiko paviršių, palaikant temperatūrinį ir drėgmės režimą inkubatoriuose, specialiai ląstelėms pritaikytose augimo terpėse, papildytose mitybiniais ir augimo veiksniais.

In vitro ląstelių, audinių ar organų auginimas yra žinomas audinių kultūros pavadinimu ir yra naudojamas daugelyje mokslo sričių.

Sąrašas ląstelių ir audinių, kurie paskutiniu metu yra auginami audinių kultūrose yra gana platus, apimantis jungiamojo audinio elementus:

  • fibroblastus,
  • skeleto audinius (kaulus ir kremzles, lygiuosius, skersaruožius ir širdies raumenis),
  • epitelinius audinius (inkstų, plaučių, krūties, odos, kepenų ir prostatos ląsteles),
  • nervinius audinius (glijos ląsteles ir neuronus),
  • endokrinines ląsteles,
  • melanocitus ir daugelį auglių tipų.

Lonza žmogaus fibroblastų kultūra

Šių audinių kultūrų išsivystymą medicinoje nulėmė dvi pagrindinės kryptys – vėžio tyrimai ir diagnostika.

 

Lonza Biowhittaker terpės ir priedai

Pagrindiniai audinių kultūrų bruožai

Audinių kultūros dažniausiai naudojamos kaip bendrinis terminas, apibrėžiantis organų, audinių ir ląstelių kultivavimą in vitro sąlygomis.

Pats terminas yra taikomas ne vien gyvūnų, bet ir augalų ląstelių kultivavimui in vitro.

Audinių kultūros gali būti skirstomos į tris pagrindines šakas:

  • organų kultūros,
  • eksplantų ar išpjovų kultūros,
  • pavienių ląstelių ar tiesiog ląstelių kultūros.

 

Organų kultūros

Organų kultūros yra trijų matmenų kultūros, išlaikančios dalį ar visas histologines in vivo audinio ar organo savybes. Organo dalis ar visas organas laikomas tokiomis sąlygomis, kuriomis pavyksta išlaikyti tiek audinio struktūrą, tiek ir jo specializuotą funkcionalumą. Dažniausiai šiam tikslui pasitelkiamas skysčio-dujų sluoksnis, naudojant gelines struktūras.

 Organų kultūros be savo privalumų turi ir trūkumų. Organai negali būti pilnai atkartoti, dėl to kiekviena organo dalis gali būti panaudojama tik vieną kartą, tai savo ruožtu mažina eksperimentinių rezultatų ir atsakų atsikartojamumą.

Be to, įprastai dominančių ląstelių kiekis organe būna gana mažas, o bendras atsakas į stimulą taip pat gali būti sunkiai aptinkamas ir išmatuojamas.

Dažnai susiduriama su deguonies ir maisto medžiagų tiekimo sunkumais visam organui dėl nutrūkusios kraujotakos sistemos, taigi tokiuose organuose gana anksti prasideda nekrotiniai procesai. Ši problema iš dalies išsprendžiama naudojant pastovaus terpės maišymo ar sukamo butelio (roller) tipo kultūras, kurios padeda geriau aprūpinti organus mitybinėmis medžiagomis bei deguonimi

Corning "Roler" tipo butelis

Eksplantų arba organotipinės kultūros

 Organotipinėse kultūrose nedideli dominančio adinio pjūviai yra sodinami ant specialiai apdoroto paviršiaus – kolageno, fibronektino, laminino ar kitų užląstelinę erdvę atkartojančių molekulių, prie kurių pjūvis prisitvirtina ir yra auginamas praturtintoje terpėje, turinčioje serumo. Po prisitvirtinimo prie apdoroto paviršiaus, skatinama ląstelių migracija nuo audinio ant substrato.

Biological Industries veršiuko serumas ląstelių augimui

Anksčiau ląstelės būdavo auginamos Maksimavo tipo būdu, ant stiklo paviršiaus prispaudus dengiamuoju stikliuku. Šis metodas kartais taikomas ir dabar, vis tik šiuolaikinėje praktikoje dažniau taikomos specialiai apdoroto plastiko lėkštelės, kad keičiant augimo terpę nebūtų būtinybės auginamos organotipinės kultūros atidenginėti ir kad mitybinė terpė pasiektų visas organotipinės kultūros dalis.

Corning Falcon plokštelės ląstelių kultūroms

Pastebėta, jog nesubrendusios disocijuotos ląstelių kultūros in vitro sąlygomis auga geriausiai. Organotipinės kultūros dažniausiai ruošiamos iš embrioninių ar naujagimių audinių. Audiniai skalpeliu ar mikrotomu yra pjaustomi plonais 0,5-1 mm pjūviais, tačiau kai kuriais atvejais audiniai tiesiog fragmentuojami, praleidus juos per nailono filtrą. Dėl audinių poreikio gauti mitybines medžiagas ir deguonį, organotipinės kultūros būna ne storesnės nei 1 mm.

Patyrę eksperimentatoriai sugeba išlaikyti organotipines kultūras gyvas iki kelių mėnesių, o ląstelės pjūviuose atlieka savo funkcijas artimai tokioms, kokias atlieka ir In vivo sąlygomis. Pagrindinis šio metodo privalumas – galimybė išlaikyti audinio struktūrą bei vertinti tarpląstelines sąveikas artimomis organizme esančioms sąlygomis.

 Corning Costar įdėklai organotipiniams pjūviams

Ląstelių (disocijuotos) kultūros

 Ląstelių kultūros yra gaunamos iš disocijuotų ląstelių, paimtų iš pirminio audinio (pirminės ląstelių kultūros).

Ląstelės yra disocijuojamos mechaniškai ir/ar enzimatiškai į ląstelių suspenciją, kuri gali būti auginama monosluoksniu ant tvirto substrato arba suspencijoje, ląstelių kultūrų terpėje. Šios kultūros neišlaiko savo histotipinės architektūros ir dažnai netenka dalies savo biocheminių savybių, siejamų su histologine struktūra. Tačiau jos gali būti auginamos ir dauginamos iš jų auginant naujas kultūras. Ląstelių kultūros gali būti gana nesunkiai charakterizuojamos ir tam tikra populiacija gali būti išsaugoma tolesniam naudojimui užšaldant.

Didžiausias ir akivaizdžiausias ląstelių kultūrų privalumas – suteikiama galimybė ištirti visą populiaciją ar pavienes audinio ląsteles.

Pirminės ląstelių kultūros yra ypač tinkamos tirti morfologines ir fiziologines ląstelių savybes, vertinant tiek pavienių ląstelių būvį, tiek naudojant statistinius metodus.

Iš kitos pusės, šios kultūros yra mažiau tinkamos biocheminiams tyrimams, dėl joms įprasto heterogeniškumo bei ląstelių kiekio. Vienas pagrindinių šių kultūrų trūkumų yra sėkmingas jų išskyrimas ir charakterizavimas.