Soluviljely ja solulinjojen perustaminen

Soluviljely ja solulinjat ovat nousseet tärkeään asemaan tiettyjen solujen fysiologisten, patofysiologisten ja erilaistumisprosessien tutkimisessa. Niiden avulla voidaan tutkia solun rakenteen, biologian ja geneettisen rakenteen vaiheittaisia muutoksia kontrolloiduissa ympäristöissä. Tämä on erityisen arvokasta monimutkaisissa kudoksissa, kuten haimassa, joka koostuu useista eri solutyypeistä ja jossa yksittäisten solujen tutkiminen in vivo on vaikeaa tai jopa mahdotonta. Äärimmäiset vaikeudet yksittäisten epiteelisolujen eristämisessä ja puhdistamisessa monimutkaisista kudoksista säilyttämällä niiden natiivit ominaisuudet ovat vaikeuttaneet ymmärrystämme niiden fysiologisista, biologisista, kasvu- ja erilaistumisominaisuuksista.

Pyrkimyksiä on tehty viljellä lähes kaikkia kudoksia, mukaan lukien hermosoluja, luustoa, rustoa, karvasoluja jne. Yleensä eläinsoluja, erityisesti fibroblasteja, voidaan viljellä menestyksekkäämmin kuin ihmissoluja, ja ihmisen fibroblastit ovat helpompia viljellä kuin epiteelisolut. Lisäksi eri epiteelisolut reagoivat eri tavoin viljelyolosuhteisiin. Viljelytekniikoiden kehittymisestä huolimatta ihmisen epiteelisoluja ei ole voitu pitää viljelyssä pitkiä aikoja. Ongelmana on ihmisen solujen taipumus vanhenemiseen tietyn solunjakautumisen jälkeen. Näiden solujen transfektio ihmisen papilloomavirus 16:n E6E7-geenillä tai simiaaniviruksen (SV) 40:n pienellä ja suurella T-antigeenillä on osittain voittanut senesenssin ja lisännyt solujen pitkäikäisyyttä in vitro, mutta ei ole johtanut solujen kuolemattomuuteen. Tästä johtuvat geneettiset manipulaatiot rajoittavat näiden solujen käyttöä molekyylibiologisissa tutkimuksissa, erityisesti solujen erilaistumisen ja transformaation aikana tapahtuvien geneettisten muutosten määrittelyssä. Näiden vieraiden geenien lisääminen muuttaa isännän säätelygeenien toimintaa, mukaan lukien kasvainsuppressoriproteiini p53:n ja retinoblastoomaproteiini pRb:n inaktivointi. Vaikka nämä solulinjat eivät kasva pehmeässä agarissa, mikä olisi ensimmäinen merkki transformaatiosta, tai kun ne siirretään alastomiin hiiriin, ylimääräinen transfektio tietyillä onkogeeneillä, kuten k-ras-geenillä, on johtanut solujen pahanlaatuiseen transformaatioon.

Viljelyalustan laatu ja solujen valmistustekniikka ovat erittäin tärkeitä ihmisen epiteelisolujen ylläpitämisessä viljelyssä. Käyttämällä määriteltyä elatusainetta ja solujen erottelutekniikkaa ihmisen haiman epiteelisoluja on voitu pitää viljelyssä yli 10 kuukautta. Toinen äskettäin löydetty menetelmä ihmissolujen eliniän pidentämiseksi on solujen infektointi telomeraasilla, joka on entsyymi, joka estää telomeerien häviämisen de novo -lisäyksellä. Se palauttaa telomeerien pituuden, joka muuten lyhenee jokaisen solun lisääntymisen myötä, mikä johtaa senesenssiin. Tähän mennessä onnistuneita raportteja ovat muun muassa kuolemattomat fibroblastit, verkkokalvon solut ja endoteelisolut.

Tietyistä kudoksista on pyritty tunnistamaan ja viljelemään kantasoluja, koska nämä solut pystyvät paremmin sopeutumaan ympäristöolosuhteisiin ja synnyttämään erilaisia kypsiä soluja tietyissä ympäristöissä. On esimerkiksi osoitettu, että kantasoluja sisältävät viljellyt paksusuolen solut voivat synnyttää joko neuroendokriinisia soluja, paksusuolen soluja tai niiden sekoitusta. Siksi tällaiset viljelmät tarjoavat runsaasti mahdollisuuksia tutkia erilaistumisreittejä ja tarjoavat ainutlaatuisen välineen testata luonnollisten ja synteettisten aineiden, kuten sytokiinien, kasvutekijöiden, ravintoaineiden ja fysikaalisten tekijöiden vaikutuksia solujen kypsymiseen tai kuolemaan.

Pahanlaatuisen transformaation mekanismeja voidaan tutkia in vitro käyttämällä solulinjoja, joita on käsitelty karsinogeenilla tai säteilytyksellä viljelyssä. Asteittaisia fenotyyppisiä, geneettisiä (esim. DNA-adduktiotasot, alkylaatiot, mutaatiot) ja kromosomimuutoksia voidaan tutkia. Transformaatioon liittyvät erityiset merkkiaineet, kuten tuumorin kasvutekijä-α (TGF-α) ja epiteelin kasvutekijäreseptori (EGFR), voivat ilmentyä. Valitettavasti ihmisen epiteelisoluja ei ole toistaiseksi pystytty muuntamaan viljelyssä, joten eläinmalleja tarvitaan edelleen. Jyrsijät ovat paljon herkempiä karsinogeenisuudelle kuin ihmiset.