В биологии эксплантное культивирование — это метод органотипического культивирования клеток из части или частей ткани или органа, удаленных от растения или животного. Термин эксплант может применяться к образцам, полученным из любой части организма. Процесс экстракции тщательно стерилизуется, и культуру обычно можно использовать в течение двух-трех недель. [1]
Главным преимуществом культуры эксплантов является поддержание в лабораторных условиях среды, близкой к in vivo, в течение короткого периода времени. Эта экспериментальная установка позволяет исследователям проводить эксперименты и легко визуализировать влияние тестов. [2]
Эта модель ex vivo требует тщательно поддерживаемой среды для воссоздания исходных клеточных условий. Состав внеклеточного матрикса, например, должен быть точно таким же, как в условиях in vivo , чтобы вызвать естественно наблюдаемое поведение клеток. Среда роста также должна быть рассмотрена, поскольку для разных экспериментов могут потребоваться разные решения. [1] [2]
Ткань должна быть помещена и собрана в асептической среде, например, в стерильном ламинарном боксе для культивирования тканей. Образцы часто измельчаются, а кусочки помещаются в чашку для культивирования клеток, содержащую питательную среду . Со временем клетки-предшественники мигрируют из ткани на поверхность чашки. Затем эти первичные клетки можно дополнительно размножить и перенести в свежие чашки с помощью микроразмножения .
Культивирование эксплантатов может также относиться к культивированию самих кусочков ткани , когда клетки остаются в окружающем их внеклеточном матриксе для более точной имитации среды in vivo , например, культивирование эксплантатов хряща [3] или культивирование имплантатов бластоцист [4] .
Исторически эксплантационная культура использовалась в нескольких областях биологических исследований. Органогенез и морфогенез плода изучались с использованием эксплантационных культур. Поскольку эксплантационная культура выращивается в лаборатории, интересующая область или клетки могут быть помечены флуоресцентными маркерами. Эти трансгенные метки могут помочь исследователям наблюдать рост определенных клеток. Например, развитие нервной ткани и регенерация центральной нервной системы изучались с использованием органотипической эксплантационной культуры. [1]
Роль конкретного гена, экспрессия гена и механизм действия также могут быть изучены с помощью культуры экспланта. Определенные факторы, которые контролируют или способствуют росту, могут быть выявлены на разных стадиях эмбриогенеза. Изучение паттерна экспрессии позволит отслеживать, где были транскрипты гена. То, сколько гена было выражено, также может быть количественно определено. [1]
Совместно с исследованиями стволовых клеток исследователи успешно вырастили простые органы, полученные из аутологичных человеческих плюрипотентных стволовых клеток. На данный момент разработаны мочевой пузырь и трахея. Этот метод пытается решить проблему отторжения тканей, и уже есть случаи успешной трансплантации. Исследовательская группа из Института регенеративной медицины Уэйк Форест в Уинстон-Сейлеме, Северная Каролина, успешно пересадила мочевые пузыри, созданные с помощью стволовых клеток, семи детям с неисправными мочевыми пузырями. Другой случай был у группы из Университетского колледжа в Лондоне, Великобритания, которая пересадила трахею, полученную из собственных стволовых клеток пациента. [5]
Даже при всех преимуществах эксплантной культуры, есть еще несколько оговорок. Недостатком эксплантной культуры является то, что она не дает достаточно времени для изучения хронических заболеваний. Хотя двух-трех недель может быть достаточно для изучения острых изменений, она не подходит для экспериментов, требующих долгосрочных наблюдений.
Многие нейробиологические процессы были изучены с использованием ретинальных эксплантных культур. Понимание развития сетчатки проложило путь для исследователей к более тщательному изучению патологической нейродегенерации и связанных с ней заболеваний сетчатки. Клеточные трансплантаты, полученные в результате терапии стволовыми клетками сетчатки, являются активной областью исследований для лечения дегенерации желтого пятна, ретинита, пигментозы и глаукомы. [6]