Cultura celulară și stabilirea liniilor celulare

Cultura celulară și liniile celulare și-au asumat un rol important în studierea proceselor fiziologice, fiziopatologice și de diferențiere a celulelor specifice. Aceasta permite examinarea modificărilor treptate ale structurii, biologiei și constituției genetice a celulei în medii controlate. Acest lucru este deosebit de valoros pentru țesuturile complexe, cum ar fi pancreasul, care este compus din diferite tipuri de celule, unde examinarea in vivo a celulelor individuale este dificilă, dacă nu chiar imposibilă. Dificultățile extreme în izolarea și purificarea celulelor epiteliale individuale din țesuturile complexe prin menținerea caracteristicilor lor native a împiedicat înțelegerea caracteristicilor fiziologice, biologice, de creștere și diferențiere ale acestora.

S-au făcut încercări de a cultiva aproape toate țesuturile, inclusiv celule neuronale, osoase, cartilaginoase, celule capilare etc. În general, celulele animale, în special fibroblastele, pot fi cultivate cu mai mult succes decât celulele umane, iar fibroblastele umane sunt mai ușor de cultivat decât celulele epiteliale. De asemenea, diferite celule epiteliale prezintă răspunsuri diferite la condițiile de cultură. În ciuda progreselor în tehnicile de cultivare, celulele epiteliale umane nu au putut fi menținute în cultură pentru perioade lungi de timp. Problema este reprezentată de tendința celulelor umane de a suferi senescență după o anumită diviziune celulară. Transfecția acestor celule cu gena E6E7 a virusului papiloma uman 16 sau cu antigenul T mic și mare al virusului simian (SV) 40 a depășit parțial senescența și a crescut longevitatea celulară in vitro, dar nu a dus la nemurirea celulelor. Manipulările genetice rezultate limitează utilizarea acestor celule pentru studii de biologie moleculară, în special pentru definirea modificărilor genetice care au loc în timpul diferențierii și transformării celulare. Introducerea acestor gene străine modifică funcția genelor reglatoare ale gazdei, inclusiv inactivarea proteinei supresoare de tumori p53 și a proteinei retinoblastomului pRb. Chiar dacă aceste linii celulare nu cresc în agar moale, ceea ce ar fi un prim semn de transformare, sau atunci când sunt introduse în șoareci nude, transfecția suplimentară cu anumiți oncogeni, cum ar fi k-ras, a dus la transformarea malignă a celulelor.

Calitatea mediului de cultură și tehnica de preparare a celulelor sunt foarte importante pentru menținerea în cultură a celulelor epiteliale umane. Prin utilizarea unui mediu de cultură definit și a unei tehnici de separare a celulelor, celulele epiteliale pancreatice umane au fost menținute în cultură mai mult de 10 luni. O altă metodă, descoperită recent pentru a prelungi durata de viață a celulelor umane, este infectarea celulelor cu telomerază, o enzimă care previne pierderea telomerilor prin adiție de novo. Aceasta restabilește lungimea telomerilor, care altfel se scurtează la fiecare proliferare celulară, ceea ce duce la senescență. Până în prezent, rapoartele de succes includ fibroblaste imortalizate, celule retiniene și endoteliale.

S-au făcut încercări de a identifica și de a cultiva celule stem din anumite țesuturi, deoarece aceste celule se pot adapta mai bine la condițiile de mediu și pot da naștere la o varietate de celule mature în medii specifice. De exemplu, s-a demonstrat că celulele de colon cultivate care conțin celule stem pot da naștere fie la celule neuroendocrine, fie la celule de colon, fie la un amestec al acestora. Prin urmare, astfel de culturi oferă numeroase oportunități de investigare a căilor de diferențiere și constituie un instrument unic pentru a testa efectele substanțelor naturale și sintetice, inclusiv citokine, factori de creștere, nutrienți și factori fizici în maturarea sau moartea celulelor.

Mecanismele de transformare malignă pot fi studiate in vitro folosind linii celulare tratate cu un carcinogen sau cu radiații în cultură. Pot fi investigate modificările fenotipice, genetice (de exemplu, nivelurile de aduct ADN, alchilări, mutații) și cromozomiale treptate. Markerii specifici asociați cu transformarea pot fi exprimați, cum ar fi factorul de creștere tumorală-α (TGF-α) și receptorul factorului de creștere epitelială (EGFR). Din nefericire, până în prezent, nu a fost posibilă transformarea celulelor epiteliale umane în cultură, astfel încât este încă nevoie de modele animale. Rozătoarele sunt mult mai susceptibile la carcinogenitate decât oamenii

.