Buněčné kultury a tvorba buněčných linií
Buněčné kultury a buněčné linie zaujaly důležitou roli při studiu fyziologických, patofyziologických a diferenciačních procesů specifických buněk. Umožňuje zkoumat postupné změny ve struktuře, biologii a genetické výbavě buňky v kontrolovaném prostředí. To je zvláště cenné u složitých tkání, jako je slinivka břišní, která se skládá z různých typů buněk, kde je in vivo vyšetření jednotlivých buněk obtížné, ne-li nemožné. Extrémní obtíže při izolaci a purifikaci jednotlivých epitelových buněk ze složitých tkání při zachování jejich přirozených vlastností brání pochopení jejich fyziologických, biologických, růstových a diferenciačních vlastností.
Pokusy o kultivaci byly učiněny téměř u všech tkání, včetně neuronálních buněk, kostí, chrupavek, vlasových buněk atd. Obecně lze říci, že živočišné buňky, zejména fibroblasty, lze kultivovat úspěšněji než lidské buňky a lidské fibroblasty se kultivují snadněji než epitelové buňky. Také různé epiteliální buňky vykazují různé reakce na kultivační podmínky. Navzdory pokroku v kultivačních technikách nebylo možné lidské epiteliální buňky udržet v kultuře po dlouhou dobu. Problémem je tendence lidských buněk podléhat senescenci po určitém buněčném dělení. Transfekce těchto buněk genem E6E7 lidského papiloma viru 16 nebo malým a velkým T antigenem similského viru (SV) 40 částečně překonala senescenci a zvýšila životnost buněk in vitro, ale nevedla k nesmrtelnosti buněk. Výsledné genetické manipulace omezují použití těchto buněk pro molekulárně biologické studie, zejména pro definování genetických změn, ke kterým dochází během diferenciace a transformace buněk. Zavedení těchto cizích genů mění funkci regulačních genů hostitele, včetně inaktivace nádorového supresorového proteinu p53 a retinoblastomového proteinu pRb. Přestože tyto buněčné linie nerostou v měkkém agaru, což by byl první příznak transformace, nebo při zavedení do nahých myší, dodatečná transfekce některými onkogeny, jako je k-ras, vedla k maligní transformaci buněk.
Kvalita kultivačního média a technika přípravy buněk jsou velmi důležité pro udržení lidských epiteliálních buněk v kultuře. Použitím definovaného kultivačního média a techniky separace buněk byly lidské epitelové buňky slinivky břišní udržovány v kultuře více než 10 měsíců. Další, nedávno objevenou metodou, jak prodloužit životnost lidské buňky, je infekce buněk telomerázou, enzymem, který zabraňuje ztrátě telomer jejich de novo přidáním. Obnovuje délku telomer, které se jinak s každou proliferací buněk zkracují, což vede ke stárnutí. Úspěšné zprávy zatím zahrnují imortalizované fibroblasty, buňky sítnice a endotelu.
Pokouší se identifikovat a kultivovat kmenové buňky specifických tkání, protože tyto buňky se mohou lépe přizpůsobit podmínkám prostředí a mohou dát vzniknout různým zralým buňkám ve specifickém prostředí. Například bylo prokázáno, že kultivované buňky tlustého střeva obsahující kmenové buňky mohou dát vzniknout buď neuroendokrinním buňkám, buňkám tlustého střeva nebo jejich směsi. Takové kultury proto poskytují dostatek příležitostí ke zkoumání diferenciačních cest a jsou jedinečným nástrojem k testování účinků přirozených a syntetických látek, včetně cytokinů, růstových faktorů, živin a fyzikálních faktorů při zrání nebo smrti buněk.
Mezinformační mechanismy maligní transformace lze studovat in vitro pomocí buněčných linií ošetřených karcinogenem nebo zářením v kultuře. Lze zkoumat postupné fenotypové, genetické (např. hladiny aduktů DNA, alkylace, mutace) a chromozomální změny. Mohou být exprimovány specifické markery spojené s transformací, např. nádorový růstový faktor-α (TGF-α) a receptor pro epiteliální růstový faktor (EGFR). Bohužel doposud nebylo možné transformovat lidské epiteliální buňky v kultuře, takže stále existuje potřeba zvířecích modelů. Hlodavci jsou mnohem náchylnější ke karcinogenitě než lidé
.