Cultivo celular y establecimiento de líneas celulares
El cultivo celular y las líneas celulares han asumido un papel importante en el estudio de los procesos fisiológicos, fisiopatológicos y de diferenciación de células específicas. Permiten examinar las alteraciones escalonadas de la estructura, la biología y la composición genética de la célula en entornos controlados. Esto es especialmente valioso para los tejidos complejos, como el páncreas, que se compone de varios tipos de células, donde el examen in vivo de las células individuales es difícil, si no imposible. Las extremas dificultades en el aislamiento y la purificación de células epiteliales individuales de tejidos complejos manteniendo sus características nativas han obstaculizado nuestra comprensión de sus características fisiológicas, biológicas, de crecimiento y de diferenciación.
Se ha intentado cultivar casi todos los tejidos, incluyendo células neuronales, hueso, cartílago, células ciliadas, etc. En general, las células animales, especialmente los fibroblastos, pueden cultivarse con más éxito que las células humanas, y los fibroblastos humanos son más fáciles de cultivar que las células epiteliales. Además, las diferentes células epiteliales muestran diferentes respuestas a las condiciones de cultivo. A pesar de los avances en las técnicas de cultivo, las células epiteliales humanas no pueden mantenerse en cultivo durante largos periodos de tiempo. El problema es la tendencia de las células humanas a sufrir senescencia tras una determinada división celular. La transfección de estas células con el gen E6E7 del virus del papiloma humano 16, o con el antígeno T pequeño y grande del virus del simio (SV) 40 ha superado parcialmente la senescencia y ha aumentado la longevidad de las células in vitro, pero no ha conducido a la inmortalidad de las mismas. Las manipulaciones genéticas resultantes limitan el uso de estas células para estudios de biología molecular, especialmente para definir los cambios genéticos que se producen durante la diferenciación y la transformación celular. La introducción de estos genes extraños altera la función de los genes reguladores del huésped, incluyendo la inactivación de la proteína supresora de tumores p53 y la proteína del retinoblastoma pRb. Aunque estas líneas celulares no crecen en agar blando, lo que sería un primer signo de transformación, o cuando se introducen en ratones desnudos, la transfección adicional con ciertos oncogenes como el k-ras ha dado lugar a la transformación maligna de las células.
La calidad del medio de cultivo y la técnica de preparación celular son muy importantes para el mantenimiento de las células epiteliales humanas en cultivo. Utilizando un medio de cultivo definido y una técnica de separación celular, se han mantenido en cultivo células epiteliales pancreáticas humanas durante más de 10 meses. Otro método recientemente descubierto para prolongar la vida de las células humanas es la infección de las células con telomerasa, una enzima que evita la pérdida de telómeros por adición de novo. Restablece la longitud de los telómeros, que de otro modo se acortan con cada proliferación celular, lo que conduce a la senescencia. Hasta ahora, los informes que han tenido éxito incluyen fibroblastos inmortalizados, retina y células endoteliales.
Se ha intentado identificar y cultivar células madre de tejidos específicos porque estas células pueden ajustarse mejor a las condiciones ambientales y pueden dar lugar a una variedad de células maduras en entornos específicos. Por ejemplo, se ha demostrado que los cultivos de células de colon que contienen células madre pueden dar lugar a células neuroendocrinas, células de colon o una mezcla de ellas. Por lo tanto, estos cultivos ofrecen una amplia oportunidad para investigar las vías de diferenciación y proporcionan una herramienta única para probar los efectos de las sustancias naturales y sintéticas, incluidas las citoquinas, los factores de crecimiento, los nutrientes y los factores físicos en la maduración o la muerte de las células.
Los mecanismos de transformación maligna pueden estudiarse in vitro utilizando líneas celulares tratadas con un carcinógeno o con radiación en cultivo. Pueden investigarse los cambios graduales fenotípicos, genéticos (por ejemplo, niveles de aductos de ADN, alquilaciones, mutaciones) y cromosómicos. Pueden expresarse marcadores específicos asociados a la transformación, como el factor de crecimiento tumoral-α (TGF-α) y el receptor del factor de crecimiento epitelial (EGFR). Por desgracia, hasta la fecha no ha sido posible transformar células epiteliales humanas en cultivo, por lo que sigue siendo necesario recurrir a modelos animales. Los roedores son mucho más susceptibles a la carcinogenicidad que los humanos.