細胞培養と細胞株の樹立

細胞培養と細胞株は、特定の細胞の生理、病態、分化の過程を研究するのに、重要な役割を担っている。 制御された環境下で、細胞の構造、生物学、遺伝子の構成における段階的な変化を調べることができる。 特に、膵臓のように様々な種類の細胞からなる複雑な組織では、in vivoで個々の細胞を調べることは不可能ではないにしても、困難であるため、この方法は非常に有効である。 複雑な組織から個々の上皮細胞を本来の特性を維持しながら分離・精製することが極めて困難であるため、その生理的、生物学的、成長、分化の特性についての理解が妨げられてきた。

神経細胞、骨、軟骨、毛母細胞など、ほとんどすべての組織を培養する試みがなされてきた。 一般に、動物細胞、特に線維芽細胞はヒト細胞よりもうまく培養することができ、ヒト線維芽細胞は上皮細胞よりも培養が容易である。 また、上皮細胞の種類によって、培養条件に対する反応が異なる。 培養技術の進歩にもかかわらず、ヒト上皮細胞は長期間の培養を維持することができなかった。 問題は、ヒトの細胞は一定の細胞分裂を経ると老化が進行する傾向があることである。 この細胞にヒト乳頭腫ウイルス16のE6E7遺伝子や、シミアンウイルス（SV）40の小・大T抗原をトランスフェクションすると、老化が一部克服され、試験管内での細胞の寿命が延びたが、細胞の不死化には至っていない。 その結果、遺伝子操作によって、これらの細胞を分子生物学的研究、特に細胞の分化や形質転換の際に起こる遺伝的変化を定義する研究に用いることは制限されている。 これらの外来遺伝子の導入は、腫瘍抑制タンパク質p53や網膜芽細胞腫タンパク質pRbの不活性化など、宿主の制御遺伝子の機能を変化させる。 これらの細胞株は、形質転換の最初の兆候となる軟寒天培地では増殖せず、またヌードマウスに導入した場合でも、k-rasなどの特定の癌遺伝子を追加でトランスフェクションすることにより、細胞の悪性形質転換をもたらした。

ヒト上皮細胞の培養維持には、培養液と細胞の調製技術の質が非常に重要である。 定められた培養液と細胞分離技術を用いることで、ヒト膵臓上皮細胞は10ヶ月以上培養状態を維持することができた。 また、最近発見されたヒト細胞の寿命を延ばす方法として、テロメラーゼという酵素を細胞に感染させ、de novo付加によるテロメアの減少を防ぐという方法がある。 テロメラーゼは、細胞が増殖するたびに短くなり、老化につながるテロメアの長さを回復させる。 これまでに、不死化した線維芽細胞、網膜細胞、内皮細胞などが報告されている

特定の組織の幹細胞は、環境条件に適応しやすく、特定の環境下で様々な成熟細胞を生み出すことができるため、その識別と培養が試みられている。 例えば、幹細胞を含む大腸の培養細胞は、神経内分泌細胞、大腸細胞、あるいはそれらの混合物を生み出すことができることが示されている。 したがって、このような培養は分化経路を調べるのに十分な機会を提供し、細胞の成熟や死におけるサイトカイン、成長因子、栄養素、物理的因子などの天然物質や合成物質の影響を調べるユニークなツールとなる。

悪性化のメカニズムは、培養中に発癌物質や放射線で処理した細胞株を使ってin vitroで研究することが可能である。 表現型、遺伝子（例えば、DNA付加物レベル、アルキル化、突然変異）および染色体の漸進的な変化を調べることができる。 腫瘍増殖因子α（TGF-α）や上皮増殖因子受容体（EGFR）など、形質転換に関連する特定のマーカーが発現する場合もある。 残念ながら、ヒト上皮細胞を培養で形質転換することは現在も不可能であり、動物モデルの必要性が依然として存在する。 げっ歯類はヒトよりもはるかに発がん性に敏感である

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