Первичная культура клеток

Культура клеток из свежих тканей

Первичная клеточная культура — это ex vivo культура клеток, свежеполученных из многоклеточного организма, в отличие от культуры бессмертных клеточных линий . В целом, первичные клеточные культуры считаются более репрезентативными для тканей in vivo , чем клеточные линии, и это юридически признано в некоторых странах, таких как Великобритания ( Закон о тканях человека 2004 г. ). ^[1] Однако первичным клеткам для роста требуются адекватные условия субстрата и питательных веществ, и после определенного количества делений они приобретают стареющий фенотип , что приводит к необратимой остановке клеточного цикла . ^[2] Генерация клеточных линий обусловлена ​​этими двумя причинами. Первичные клетки могут стать бессмертными либо спонтанно (например, клетки HeLa ), либо путем генетической модификации (например, клетки HEK ), после чего они становятся клеточными линиями, которые можно субкультивировать неограниченное количество времени. ^[3]

Из-за своих требований к жизнеспособности первичные клеточные культуры не получили широкого распространения до 2000-х годов. Эти культуры обладают рядом преимуществ по сравнению с клеточными линиями, включая лучшее представление клеточной гетерогенности тканей, более точный транскриптомный и протеомный профиль (особенно при культивировании в 3D) и более реалистичные функциональные ответы, включая ответы на лекарственные препараты. ^{[4] [5] [6]} Напротив, известно, что бессмертные клеточные линии становятся однородными посредством естественного отбора определенных субпопуляций , подвергаются генетическому дрейфу и приобретают генетические аберрации . Во многих случаях клеточные линии были неправильно идентифицированы, загрязнены другими клетками или инфицированы Mycoplasma , небольшими внутриклеточными бактериями , которые оставались незамеченными в течение десятилетий. ^{[4] [7]}

Когда целые или частичные ткани изолированы и поддерживаются ex vivo , процедура называется первичной культурой ткани . Более конкретные термины включают органотипическую культуру, ^[8] срезы тканей ^[9] и экспланты . ^[10]

Первичные нейрональные клеточные культуры — это клетки, собранные из мозга организма. Например, их можно использовать при изучении влияния веществ на жизнеспособность клеток, что в дальнейшем может стать потенциальным лечением дефицитов мозга. ^[11]

Монослойные культуры

«Монослойные культуры» относятся к клеточным культурам , в которых клетки выращиваются в одном плоском слое на поверхности чашки для культивирования или субстрата. В монослойной культуре клетки прилипают к субстрату и распределяются в двухмерном расположении. Этот тип клеточной культуры обычно используется в лабораторных условиях для различных целей, включая исследования, тестирование лекарств и биотехнологии.

Ключевые особенности монослойных культур включают в себя:

Двумерный рост: клетки в монослойных культурах растут в одной плоскости, прилипая к поверхности культурального сосуда. Такое плоское расположение позволяет легко наблюдать и манипулировать отдельными клетками. ^[12]

Адгезия к субстрату: клетки прикрепляются к поверхности чашки или колбы для культивирования, и на их рост и поведение могут влиять характеристики субстрата. Другими словами, в клеточной культуре адгезия к субстрату описывает способность клеток прикрепляться к поверхности и размножаться. Многие элементы, включая поверхностную энергию, топографию субстрата и шероховатость, опосредуют процесс прикрепления клеток. ^[13] Изучение искусственных полимерных поверхностей с различными химическими, топологическими и механическими сигналами, которые регулируют активность клеток, сосредоточило внимание на взаимодействии между внешними поверхностями и клетками. ^[13] В исследовании, опубликованном в журнале RSC Advances в 2021 году, было изучено влияние шероховатости и поверхностной энергии на адгезию и рост клеток. Исследование обнаружило, что наиболее благоприятными обстоятельствами для эффективной адгезии, развития и пролиферации клеток являются умеренная поверхностная энергия и промежуточное соотношение шероховатости. ^[13]

Пролиферация клеток: Клетки в монослойных культурах могут подвергаться делению и пролиферации. Эта особенность имеет решающее значение для экспериментальных исследований и производства большего количества клеток для последующих анализов. ^[12]

Наблюдение и визуализация: Двумерная природа монослойных культур делает их удобными для микроскопического наблюдения и визуализации. Исследователи могут легко визуализировать клетки, изучать их морфологию и отслеживать изменения с течением времени. ^[12]

Дифференциация клеток: в зависимости от типа клеток и условий культивирования, монослойные культуры могут быть использованы для индукции дифференциации клеток. Это особенно важно при изучении процессов развития и тканеспецифических функций. ^[12]

Монослойные культуры для персонализированной терапии агрессивного рака щитовидной железы фолликулярного происхождения

Эндокринный рак с самой высокой заболеваемостью — рак щитовидной железы (РЩЖ). Дифференцированные тиреоидные клетки (ДТК), которые происходят из фолликулярных тиреоидных клеток, составляют более 90% от общего числа тиреоидных клеток (ТЩЖ). Папиллярные ТЩЖ (ПТЩЖ), фолликулярные ТЩЖ (ФТЩЖ) и ТЩЖ из клеток Гюртле являются примерами ДТК. Один процент ТЩЖ — это анапластические ТЩЖ (АТЩЖ), которые составляют 15–40% смертей от ТЩЖ. ^[14]

Смертность является одним из самых больших препятствий для современных методов лечения агрессивных DTC или ATC. Эти стратегии не совсем эффективны против этих состояний. В последние годы мы достигли прогресса в наших знаниях о молекулярных и генетических основах развития TC, а также ввели новые лекарства, такие как ингибиторы тирозинкиназы (TKI), которые нацелены на онкогенные или сигнальные киназы, связанные с клеточной пролиферацией. ^[14]

Доклинические модели использовали линии клеток щитовидной железы, которые были выделены из опухолевых клеток и отобраны по их высокой скорости пролиферации in vitro. В результате их адаптации к условиям роста in vitro эти клетки фактически теряют отличительные характеристики исходной опухоли. Из-за этих факторов существуют значительные ограничения на использование этих линий клеток. Совсем недавно были созданы монослойные культуры первичных клеток человека , и было изучено их биологическое поведение. Кроме того, в то время как первичные культуры клеток человека теперь могут быть созданы из образцов тонкоигольной аспирационной цитологии из агрессивных дедифференцированных DTC или ATC, первичные клетки TC ранее получали только путем хирургической биопсии. Без использования бесполезных лекарств тестирование нескольких TKI in vitro на отдельных пациентах может помочь в разработке новых, индивидуализированных методов лечения. ^[14]

Ограничения однослойной культуры и мотивации:

Ученые исследуют новые модели, которые могут более точно имитировать структуру и функции человеческих органов из-за ограничений условий монослойной культуры. Улучшения протоколов в последнее время привели к созданию трехмерных (3D) органоподобных архитектур, известных как «органоиды», которые способны демонстрировать свойства соответствующих им реальных органов, такие как морфологические особенности, функциональная активность и индивидуальные реакции на определенные патогены . ^[15]

Протокол культивирования клеток

Для правильного проведения исследований in vitro необходимо оптимизировать протокол культивирования клеток для конкретной клеточной линии. Наилучшие условия культивирования для разных клеточных линий могут существенно различаться из-за гетерогенности злокачественных новообразований зародышевых клеток. ^[16]

Смотрите также

• 3D-культура клеток
• Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки
• Ксенотрансплантат, полученный от пациента

Ссылки

1. Geraghty RJ, Capes-Davis A, Davis JM, Downward J, Freshney RI, Knezevic I и др. (сентябрь 2014 г.). «Руководство по использованию клеточных линий в биомедицинских исследованиях». British Journal of Cancer . 111 (6): 1021–1046. doi : 10.1038/bjc.2014.166 . PMC  4453835. PMID  25117809 .
2. Campisi J, d'Adda di Fagagna F (сентябрь 2007 г.). «Клеточное старение: когда плохие вещи случаются с хорошими клетками». Nature Reviews. Молекулярная клеточная биология . 8 (9): 729–740. doi :10.1038/nrm2233. PMID  17667954. S2CID  15664931.
3. Freshney RI, Freshney MG, ред. (1996). Культура бессмертных клеток. Нью-Йорк: Wiley-Liss. ISBN 978-0-471-12134-3.
4. Gillet JP, Varma S, Gottesman MM (апрель 2013 г.). «Клиническая значимость линий раковых клеток». Журнал Национального института рака . 105 (7): 452–458. doi : 10.1093/jnci/djt007 . PMC 3691946. PMID  23434901 . 
5. Cree IA, Glaysher S, Harvey AL (август 2010 г.). «Эффективность противораковых агентов в клеточных линиях по сравнению с первичной опухолевой тканью человека». Current Opinion in Pharmacology . 10 (4): 375–379. doi :10.1016/j.coph.2010.05.001. PMID  20570561.
6. Tiriac H, Belleau P, Engle DD, Plenker D, Deschênes A, Somerville TD и др. (сентябрь 2018 г.). «Профилирование органоидов выявляет частых пациентов, отвечающих на химиотерапию при раке поджелудочной железы». Cancer Discovery . 8 (9): 1112–1129. doi : 10.1158/2159-8290.CD-18-0349 . PMC 6125219 . PMID  29853643. 
7. Американская рабочая группа по разработке стандартов коллекции типовых культур ASN-0002 (июнь 2010 г.). «Ошибочная идентификация клеточной линии: начало конца». Nature Reviews. Cancer . 10 (6): 441–448. doi :10.1038/nrc2852. PMID  20448633. S2CID  1904739.{{cite journal}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )
8. Vaira V, Fedele G, Pyne S, Fasoli E, Zadra G, Bailey D и др. (май 2010 г.). «Доклиническая модель органотипической культуры для фармакодинамического профилирования опухолей человека». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 107 (18): 8352–8356. Bibcode : 2010PNAS..107.8352V. doi : 10.1073/pnas.0907676107 . PMC 2889536. PMID  20404174 . 
9. Meijer TG, Naipal KA, Jager A, van Gent DC (июнь 2017 г.). «Системы культивирования опухолей ex vivo для функционального тестирования лекарств и прогнозирования ответа на терапию». Future Science OA . 3 (2): FSO190. doi : 10.4155/fsoa-2017-0003 . PMC 5481868 . PMID  28670477. 
10. Карранса-Торрес И.Э., Гусман-Дельгадо Н.Е., Коронадо-Мартинес С., Бануэлос-Гарсия Х.И., Виверос-Вальдес Э., Моран-Мартинес Дж., Карранса-Росалес П. (2015). «Органотипическая культура эксплантатов опухоли молочной железы как многоклеточная система для скрининга природных соединений с противоопухолевым потенциалом». БиоМед Исследования Интернэшнл . 2015 : 618021. doi : 10.1155/2015/618021 . ПМЦ 4449881 . ПМИД  26075250. 
11. Stam F, Florén Lind S, Schroff A, Zelleroth S, Nylander E, Gising J, et al. (Октябрь 2022 г.). «Токсичность, вызванная перекисью водорода, устраняется макроциклическим ингибитором IRAP HA08 в первичных культурах клеток гиппокампа». Current Issues in Molecular Biology . 44 (10): 5000–5012. doi : 10.3390/cimb44100340 . PMC 9601255 . PMID  36286055. 
12. Харрис, Эндрю Р.; Питер, Луак; Беллис, Жюльен; Баум, Базз; Кабла, Александр Ж.; Шаррас, Гийом Т. (2012-10-09). «Характеристика механики культивируемых клеточных монослоев». Труды Национальной академии наук . 109 (41): 16449–16454. doi :10.1073/pnas.1213301109. ISSN  0027-8424. PMC 3478631 . 
13. Majhy, B.; Priyadarshini, P.; Sen, AK (2021). «Влияние поверхностной энергии и шероховатости на адгезию и рост клеток – простая модификация поверхности для улучшенной культуры клеток». RSC Advances . 11 (25): 15467–15476. doi :10.1039/D1RA02402G. ISSN  2046-2069. PMC 8698786 . 
14. Фаллахи, Пупак; Феррари, Сильвия Мартина; Элия, Джузи; Рагуза, Франческа; Патрицио, Армандо; Папаро, Сабрина Розария; Мароне, Джанни; Гальдьеро, Мария Розария; Гульельми, Джованни; Фоддис, Руди; Кристодо, Альфонсо; Антонелли, Алессандро (февраль 2022 г.). «Первичные клеточные культуры для персонализированной терапии агрессивного рака щитовидной железы фолликулярного происхождения». Семинары по биологии рака . 79 : 203–216. doi :10.1016/j.semcancer.2020.06.013. hdl : 11568/1051741 .
15. Хейдари, Захра; Моэнвазири, Фариде; Агарвал, Тарун; Пуян, Пария; Шпичка, Анастасия; Маити, Тапас К.; Тимашев, Петр; Бахарванд, Хосейн; Восу, Масуд (декабрь 2021 г.). «Органоиды: новый метод моделирования заболеваний». Биодизайн и производство . 4 (4): 689–716. дои : 10.1007/s42242-021-00150-7. ISSN  2096-5524. ПМЦ 8349706 . 
16. Лафин, Джон Т.; Аматруда, Джеймс Ф.; Багродиа, Адитья (2021), Багродиа, Адитья; Аматруда, Джеймс Ф. (ред.), «Методы культивирования клеток опухолей зародышевых клеток», Опухоли зародышевых клеток яичек , т. 2195, Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Springer US, стр. 65–76, doi : 10.1007/978-1-0716-0860-9_5, ISBN 978-1-0716-0859-3, PMID  32852757 , получено 2024-01-03