Kultury komórkowe i tworzenie linii komórkowych
Kultury komórkowe i linie komórkowe odgrywają ważną rolę w badaniu procesów fizjologicznych, patofizjologicznych i różnicowania specyficznych komórek. Pozwala to na badanie stopniowych zmian w strukturze, biologii i makijażu genetycznym komórki w kontrolowanym środowisku. Jest to szczególnie cenne w przypadku złożonych tkanek, takich jak trzustka, która składa się z różnych typów komórek, gdzie badanie in vivo poszczególnych komórek jest trudne, a nawet niemożliwe. Ekstremalne trudności w izolacji i oczyszczaniu poszczególnych komórek nabłonka ze złożonych tkanek poprzez utrzymanie ich rodzimych cech utrudniało nasze zrozumienie ich fizjologicznych, biologicznych, wzrostu i różnicowania characteristics.
Próbowano hodować prawie każdą tkankę, w tym komórki neuronalne, kości, chrząstki, komórki włosów, itp. Ogólnie rzecz biorąc, komórki zwierzęce, szczególnie fibroblasty, mogą być hodowane z większym powodzeniem niż komórki ludzkie, a ludzkie fibroblasty są łatwiejsze do hodowania niż komórki nabłonkowe. Ponadto, różne komórki nabłonkowe wykazują różne reakcje na warunki hodowli. Pomimo postępu w technikach hodowli, ludzkie komórki nabłonkowe nie mogą być utrzymywane w hodowli przez długi okres czasu. Problemem jest tendencja komórek ludzkich do ulegania senescencji po pewnym podziale komórkowym. Transfekcja tych komórek genem E6E7 wirusa brodawczaka ludzkiego 16, lub małym i dużym antygenem T wirusa simian (SV) 40 częściowo przezwyciężyła senescencję i zwiększyła długowieczność komórek in vitro, ale nie doprowadziła do nieśmiertelności komórek. Wynikające z tego manipulacje genetyczne ograniczają wykorzystanie tych komórek do molekularnych badań biologicznych, zwłaszcza do określania zmian genetycznych zachodzących podczas różnicowania i transformacji komórek. Wprowadzenie tych obcych genów zmienia funkcję genów regulatorowych gospodarza, w tym inaktywację białka supresorowego nowotworów p53 i białka retinoblastoma pRb. Nawet jeśli te linie komórkowe nie rosną w miękkim agarze, co byłoby pierwszą oznaką transformacji, lub po wprowadzeniu do nagich myszy, dodatkowa transfekcja niektórymi onkogenami, takimi jak k-ras, spowodowała złośliwą transformację komórek.
Jakość podłoża hodowlanego i technika przygotowania komórek są bardzo ważne dla utrzymania ludzkich komórek nabłonkowych w hodowli. Dzięki zastosowaniu określonej pożywki hodowlanej i techniki separacji komórek, ludzkie komórki nabłonka trzustki były utrzymywane w hodowli przez ponad 10 miesięcy. Inną, niedawno odkrytą metodą przedłużania życia ludzkich komórek jest infekcja komórek telomerazą, enzymem, który zapobiega utracie telomerów poprzez dodawanie ich de novo. Przywraca on długość telomerów, które w przeciwnym razie skracają się z każdą proliferacją komórek, co prowadzi do ich starzenia się. Jak dotąd, udane raporty obejmują unieśmiertelnione fibroblasty, siatkówkę i komórki śródbłonka.
Podjęto próby identyfikacji i hodowli komórek macierzystych określonych tkanek, ponieważ komórki te mogą lepiej dostosować się do warunków środowiskowych i mogą dać początek różnym dojrzałym komórkom w określonych środowiskach. Na przykład wykazano, że hodowane komórki okrężnicy zawierające komórki macierzyste mogą dać początek albo komórkom neuroendokrynnym, albo komórkom okrężnicy, albo ich mieszaninie. Dlatego takie hodowle zapewniają szerokie możliwości badania ścieżek różnicowania i stanowią unikalne narzędzie do badania wpływu naturalnych i syntetycznych substancji, w tym cytokin, czynników wzrostu, składników odżywczych i czynników fizycznych w dojrzewaniu lub śmierci komórek.
Mechanizmy transformacji złośliwej mogą być badane in vitro przy użyciu linii komórkowych traktowanych karcynogenem lub promieniowaniem w hodowli. Stopniowe zmiany fenotypowe, genetyczne (np. poziomy adduktów DNA, alkilacje, mutacje) oraz chromosomalne mogą być badane. Specyficzne markery związane z transformacją mogą ulegać ekspresji, takie jak czynnik wzrostu guza-α (TGF-α) i receptor nabłonkowego czynnika wzrostu (EGFR). Niestety, jak dotąd nie udało się doprowadzić do transformacji ludzkich komórek nabłonkowych w hodowli, dlatego nadal istnieje potrzeba stosowania modeli zwierzęcych. Gryzonie są znacznie bardziej podatne na działanie kancerogenne niż ludzie.