Cellakultúra és sejtvonalak létrehozása
A sejtkultúra és a sejtvonalak fontos szerepet játszanak az élettani, patofiziológiai és a specifikus sejtek differenciálódási folyamatainak vizsgálatában. Lehetővé teszi a sejtek szerkezetében, biológiájában és genetikai felépítésében bekövetkező lépcsőzetes változások vizsgálatát ellenőrzött körülmények között. Ez különösen értékes olyan összetett szövetek esetében, mint például a hasnyálmirigy, amely különböző sejttípusokból áll, ahol az egyes sejtek in vivo vizsgálata nehéz, ha nem lehetetlen. Az egyes hámsejtek komplex szövetekből történő izolálásának és tisztításának rendkívüli nehézségei a sejtek natív jellemzőinek megőrzésével akadályozták fiziológiai, biológiai, növekedési és differenciálódási jellemzőik megértését.
Kísérleteket tettek szinte minden szövet tenyésztésére, beleértve a neuronsejteket, csontot, porcot, szőrsejteket stb. Általában az állati sejtek, különösen a fibroblasztok sikeresebben tenyészthetők, mint az emberi sejtek, és az emberi fibroblasztokat könnyebb tenyészteni, mint a hámsejteket. A különböző hámsejtek is különböző reakciókat mutatnak a tenyésztési körülményekre. A tenyésztési technikák fejlődése ellenére a humán epitélsejteket nem lehetett hosszú ideig kultúrában tartani. A problémát az okozza, hogy az emberi sejtek egy bizonyos sejtosztódás után hajlamosak az öregedésre. E sejtek transzfekciója a humán papilloma vírus 16 E6E7 génjével, vagy a simian vírus (SV) 40 kis és nagy T antigénjével részben legyőzte a szeneszcenciát és növelte a sejtek élettartamát in vitro, de nem vezetett a sejtek halhatatlanságához. Az ebből eredő genetikai manipulációk korlátozzák e sejtek felhasználását molekuláris biológiai vizsgálatokra, különösen a sejtdifferenciálódás és transzformáció során bekövetkező genetikai változások meghatározására. Ezen idegen gének bevitele megváltoztatja a gazdaszervezet szabályozó génjeinek működését, beleértve a p53 tumorszupresszor fehérje és a pRb retinoblasztó fehérje inaktiválását. Annak ellenére, hogy ezek a sejtvonalak nem nőnek lágy agarban, ami az átalakulás első jele lenne, vagy amikor meztelen egerekbe juttatják őket, bizonyos onkogénekkel, például k-ras-szal történő további transzfekció a sejtek rosszindulatú átalakulását eredményezte.
A táptalaj minősége és a sejtelőkészítési technika nagyon fontos a humán epithelsejtek kultúrában való fenntartása szempontjából. Meghatározott táptalaj és sejtelválasztási technika alkalmazásával a humán hasnyálmirigy epitélsejteket több mint 10 hónapig tartották kultúrában. Egy másik, nemrégiben felfedezett módszer az emberi sejtek élettartamának meghosszabbítására a sejtek telomerázzal való fertőzése, amely enzim megakadályozza a telomerek de novo hozzáadással történő elvesztését. Visszaállítja a telomerek hosszát, amelyek egyébként minden egyes sejtburjánzással rövidülnek, ami szeneszcenciához vezet. Az eddigi sikeres beszámolók között szerepelnek immortalizált fibroblasztok, retina- és endotélsejtek.
Kísérleteket tettek bizonyos szövetek őssejtjeinek azonosítására és tenyésztésére, mivel ezek a sejtek jobban alkalmazkodnak a környezeti feltételekhez, és meghatározott környezetben számos érett sejtet képesek létrehozni. Kimutatták például, hogy az őssejteket tartalmazó tenyésztett vastagbélsejtekből neuroendokrin sejtek, vastagbélsejtek vagy ezek keveréke keletkezhet. Ezért az ilyen kultúrák bőséges lehetőséget biztosítanak a differenciálódási útvonalak vizsgálatára, és egyedülálló eszközt jelentenek a természetes és szintetikus anyagok, köztük a citokinek, a növekedési faktorok, a tápanyagok és a fizikai tényezők hatásának vizsgálatára a sejtek érésében vagy elhalásában.
A rosszindulatú átalakulás mechanizmusai in vitro tanulmányozhatók olyan sejtvonalak segítségével, amelyeket tenyészetben rákkeltő anyaggal vagy sugárzással kezelnek. Fokozatos fenotípusos, genetikai (pl. DNS-addukt szintek, alkilációk, mutációk) és kromoszómális változások vizsgálhatók. Az átalakuláshoz kapcsolódó specifikus markerek, például a tumor növekedési faktor-α (TGF-α) és az epiteliális növekedési faktor receptor (EGFR) kifejeződhetnek. Sajnos a mai napig nem sikerült humán epitélsejteket kultúrában átalakítani, ezért továbbra is szükség van állatmodellekre. A rágcsálók sokkal fogékonyabbak a rákkeltő hatásra, mint az emberek.