Cellodling och upprättande av cellinjer

Cellodling och cellinjer har spelat en viktig roll när det gäller att studera fysiologiska, patofysiologiska och differentieringsprocesser hos specifika celler. Det gör det möjligt att undersöka stegvisa förändringar i cellens struktur, biologi och genetiska sammansättning i kontrollerade miljöer. Detta är särskilt värdefullt för komplexa vävnader, t.ex. bukspottkörteln, som består av olika celltyper, där det är svårt, om inte omöjligt, att undersöka enskilda celler in vivo. De extrema svårigheterna med att isolera och rena enskilda epitelceller från komplexa vävnader genom att bibehålla deras ursprungliga egenskaper har försvårat vår förståelse av deras fysiologiska, biologiska, tillväxt- och differentieringsegenskaper.

Försök har gjorts för att odla nästan alla vävnader, inklusive neuronala celler, ben, brosk, hårceller osv. I allmänhet kan djurceller, särskilt fibroblaster, odlas med större framgång än mänskliga celler, och mänskliga fibroblaster är lättare att odla än epitelceller. Olika epitelceller reagerar också på olika sätt på odlingsförhållanden. Trots framsteg inom odlingstekniken kunde mänskliga epitelceller inte hållas i odling under långa tidsperioder. Problemet är de mänskliga cellernas tendens att genomgå senescens efter en viss celldelning. Transfektion av dessa celler med E6E7-genen från humant papillomvirus 16 eller med det lilla och stora T-antigenet från det simiska viruset (SV 40) har delvis övervunnit senescensen och ökat cellernas livslängd in vitro, men har inte lett till att cellerna blivit odödliga. De resulterande genetiska manipulationerna begränsar användningen av dessa celler för molekylärbiologiska studier, särskilt för att definiera genetiska förändringar som sker under celldifferentiering och omvandling. Införandet av dessa främmande gener ändrar funktionen hos värdets reglerande gener, bland annat genom inaktivering av tumörsuppressorproteinet p53 och retinoblastomproteinet pRb. Även om dessa cellinjer inte växer i mjuk agar, vilket skulle vara ett första tecken på omvandling, eller när de introduceras i nakna möss, har den ytterligare transfektionen med vissa onkogener, t.ex. k-ras, resulterat i malign omvandling av cellerna.

Kvaliteten på odlingsmediet och tekniken för cellpreparering är mycket viktig för att bibehålla humana epitelceller i kultur. Genom att använda ett definierat odlingsmedium och en teknik för cellseparation har humana epitelceller från bukspottkörteln kunnat hållas i kultur i mer än 10 månader. En annan nyligen upptäckt metod för att förlänga livslängden hos mänskliga celler är infektion av celler med telomeras, ett enzym som förhindrar förlust av telomerer genom nytillskott de novo. Det återställer längden på telomererna, som annars förkortas med varje cellproliferation, vilket leder till senescens. Hittills har man i framgångsrika rapporter bland annat rapporterat om odödliga fibroblaster, retinal- och endotelceller.

Försök har gjorts för att identifiera och odla stamceller från specifika vävnader eftersom dessa celler bättre kan anpassa sig till miljöförhållandena och kan ge upphov till en mängd olika mogna celler i specifika miljöer. Det har till exempel visats att odlade kolonceller som innehåller stamceller kan ge upphov till antingen neuroendokrina celler, kolonceller eller en blandning av dem. Sådana kulturer ger därför goda möjligheter att undersöka differentieringsvägar och utgör ett unikt verktyg för att testa effekterna av naturliga och syntetiska ämnen, inklusive cytokiner, tillväxtfaktorer, näringsämnen och fysikaliska faktorer i samband med cellernas mognad eller död.

Mekanismerna för malign omvandling kan studeras in vitro med hjälp av cellinjer som behandlats med ett karcinogent ämne eller strålning i odling. Gradvisa fenotypiska, genetiska (t.ex. DNA-adduktnivåer, alkyleringar, mutationer) och kromosomala förändringar kan undersökas. Specifika markörer som är förknippade med omvandlingen kan uttryckas, t.ex. tumörtillväxtfaktor-α (TGF-α) och receptorn för epiteliala tillväxtfaktorer (EGFR). Tyvärr har det hittills inte varit möjligt att omvandla mänskliga epitelceller i kultur, så behovet av djurmodeller kvarstår. Gnagare är mycket mer mottagliga för karcinogenitet än människor.