Cell Culture and the Establishment of Cell Lines
Cell culture and cell lines have assumed an important role in studying physiological, pathophysiological and the differentiation processes of specific cells. Hierdoor kunnen stapsgewijze veranderingen in de structuur, de biologie en de genetische samenstelling van de cel onder gecontroleerde omstandigheden worden onderzocht. Dit is vooral waardevol voor complexe weefsels, zoals de pancreas, die uit verschillende celtypes bestaat, waarbij in vivo onderzoek van individuele cellen moeilijk, zo niet onmogelijk is. De extreme moeilijkheden bij de isolatie en zuivering van individuele epitheelcellen uit complexe weefsels met behoud van hun inheemse kenmerken heeft ons inzicht in hun fysiologische, biologische, groei- en differentiatiekenmerken belemmerd.
Er zijn pogingen ondernomen om bijna elk weefsel te kweken, met inbegrip van neuronale cellen, bot, kraakbeen, haarcellen, enz. In het algemeen kunnen dierlijke cellen, met name fibroblasten, met meer succes worden gekweekt dan menselijke cellen, en zijn menselijke fibroblasten gemakkelijker te kweken dan epitheelcellen. Verschillende epitheelcellen reageren ook verschillend op de kweekomstandigheden. Ondanks de vooruitgang in kweektechnieken konden menselijke epitheelcellen niet gedurende lange perioden in kweek worden gehouden. Het probleem is de neiging van menselijke cellen om senescentie te ondergaan na een bepaalde celdeling. Transfectie van deze cellen met het E6E7-gen van het humaan papilloma-virus 16 of met het klein en groot T-antigeen van het simiaans virus (SV) 40 heeft de senescentie gedeeltelijk ondervangen en de levensduur van de cellen in vitro verlengd, maar heeft niet geleid tot onsterfelijkheid van de cellen. De resulterende genetische manipulaties beperken het gebruik van deze cellen voor moleculair-biologische studies, met name voor het vaststellen van genetische veranderingen die optreden tijdens celdifferentiatie en transformatie. De introductie van deze vreemde genen wijzigt de functie van de regulerende genen van de gastheer, met inbegrip van de inactivering van het tumorsuppressoreiwit p53 en het retinoblastoma-eiwit pRb. Hoewel deze cellijnen niet groeien in zachte agar, wat een eerste teken van transformatie zou zijn, of wanneer zij in naakte muizen worden ingebracht, heeft de bijkomende transfectie met bepaalde oncogenen zoals k-ras geleid tot de kwaadaardige transformatie van de cellen.
De kwaliteit van het kweekmedium en de techniek van de celbereiding zijn zeer belangrijk voor de instandhouding van menselijke epitheelcellen in kweek. Door gebruik te maken van een gedefinieerd kweekmedium en een celscheidingstechniek, zijn menselijke pancreasepitheelcellen meer dan 10 maanden in kweek gehouden. Een andere, onlangs ontdekte methode om de levensduur van menselijke cellen te verlengen, is de infectie van cellen met telomerase, een enzym dat telomeerverlies door de novo toevoeging voorkomt. Het herstelt de lengte van telomeren, die anders bij elke celproliferatie korter worden, wat tot senescentie leidt. Tot dusverre zijn succesvolle rapporten verschenen over geïmmortaliseerde fibroblasten, netvliescellen en endotheelcellen.
Er zijn pogingen gedaan stamcellen van specifieke weefsels te identificeren en te kweken, omdat deze cellen zich beter kunnen aanpassen aan de omgevingsomstandigheden en onder specifieke omgevingen aanleiding kunnen geven tot een verscheidenheid van rijpe cellen. Zo is bijvoorbeeld aangetoond dat uit gekweekte dikke darmcellen die stamcellen bevatten, neuro-endocriene cellen, dikke darmcellen of een mengsel daarvan kunnen ontstaan. Dergelijke culturen bieden dan ook ruime mogelijkheden om differentiatiewegen te onderzoeken en vormen een uniek instrument om de effecten van natuurlijke en synthetische stoffen, met inbegrip van cytokinen, groeifactoren, voedingsstoffen en fysische factoren bij de rijping of het afsterven van de cellen te testen.
De mechanismen van kwaadaardige transformatie kunnen in vitro worden bestudeerd met behulp van cellijnen die in cultuur met een carcinogeen of bestraling zijn behandeld. Geleidelijke fenotypische, genetische (b.v. DNA adduct niveaus, alkyleringen, mutaties) en chromosomale veranderingen kunnen worden onderzocht. Specifieke markers die verband houden met de transformatie kunnen tot expressie komen, zoals tumorgroeifactor-α (TGF-α) en epitheliale groeifactorreceptor (EGFR). Helaas is het tot op heden niet mogelijk gebleken menselijke epitheelcellen in cultuur te transformeren, zodat de behoefte aan diermodellen blijft bestaan. Knaagdieren zijn veel vatbaarder voor carcinogeniteit dan mensen.