Культура тканей — это выращивание тканей или клеток в искусственной среде, отдельной от родительского организма. Этот метод также называется микроразмножением . Обычно это осуществляется с помощью жидкой, полутвердой или твердой среды для выращивания , такой как бульон или агар . Культура тканей обычно относится к культуре клеток и тканей животных, а более конкретный термин «культура тканей растений» используется для растений. Термин «культура тканей» был придуман американским патологом Монтроузом Томасом Берроузом . [1] Это возможно только при определенных условиях. Это также требует большего внимания. Это можно сделать только в генетических лабораториях с использованием различных химикатов.
В 1885 году Вильгельм Ру удалил часть мозговой пластинки эмбриона цыпленка и поддерживал ее в теплом солевом растворе в течение нескольких дней, установив основной принцип тканевой культуры. В 1907 году зоолог Росс Грэнвилл Харрисон продемонстрировал рост эмбриональных клеток лягушки, которые давали начало нервным клеткам в среде свернувшейся лимфы . В 1913 году Э. Стейнхардт, К. Израэли и Р. А. Ламберт вырастили вирус коровьей оспы во фрагментах роговичной ткани морской свинки. [2] В 1996 году впервые регенеративная ткань была использована для замены небольшого участка уретры, что привело к пониманию того, что метод получения образцов ткани, выращивания ее вне тела без каркаса и повторного применения может быть использован только для небольших расстояний менее 1 см. [3]
Готтлиб Хаберландт первым указал на возможности культуры изолированных тканей, культуры растительных тканей . [4] Он предположил, что потенциальные возможности отдельных клеток через культуру тканей, а также взаимное влияние тканей друг на друга могут быть определены этим методом. После первоначальных утверждений Хаберландта были реализованы методы культивирования тканей и клеток, что привело к значительным открытиям в биологии и медицине. Его первоначальная идея, представленная в 1902 году, называлась тотипотенциальностью: «Теоретически все растительные клетки способны дать начало полноценному растению». [5] [6] [7]
В современном использовании «культура ткани» обычно относится к росту клеток из многоклеточного организма in vitro . Эти клетки могут быть клетками, выделенными из организма-донора ( первичные клетки ) или бессмертной клеточной линией . Клетки купаются в культуральной среде, которая содержит основные питательные вещества и источники энергии, необходимые для выживания клеток. [8] Таким образом, в более широком смысле «культура ткани» часто используется взаимозаменяемо с « культурой клеток ». С другой стороны, строгое значение «культуры ткани» относится к культивированию кусочков ткани, т. е. культуре эксплантатов .
Культура тканей является важным инструментом для изучения биологии клеток многоклеточных организмов. Она обеспечивает in vitro модель ткани в четко определенной среде, которой можно легко манипулировать и анализировать. В культуре тканей животных клетки могут выращиваться в виде двумерных монослоев (обычная культура) или внутри волокнистых каркасов или гелей для достижения более натуралистичных трехмерных тканеподобных структур (3D-культура). Эрик Саймон в отчете по гранту NIH SBIR 1988 года показал, что электропрядение может использоваться для производства нано- и субмикронных полимерных волокнистых каркасов, специально предназначенных для использования в качестве субстратов клеток и тканей in vitro . Это раннее использование электропрядильных волокнистых решеток для клеточной культуры и тканевой инженерии показало, что различные типы клеток будут прилипать к поликарбонатным волокнам и размножаться на них. Было отмечено, что в отличие от уплощенной морфологии, обычно наблюдаемой в двумерной культуре, клетки, выращенные на электропрядильных волокнах, демонстрируют более округлую трехмерную морфологию, обычно наблюдаемую в тканях in vivo . [9]
Культура растительной ткани , в частности, связана с выращиванием целых растений из небольших кусочков растительной ткани, культивируемых в среде. [10] Методика культивирования растительной ткани, т. е. культивирование растительных клеток или тканей в искусственной среде, дополненной необходимыми питательными веществами, имеет множество применений в эффективном клональном размножении (точном или похожем), которое может быть затруднено с помощью обычных методов селекции. Культура ткани используется при создании генетически модифицированных растений , поскольку она позволяет ученым вносить изменения ДНК в растительную ткань с помощью Agrobacterium tumefaciens или генной пушки , а затем генерировать полноценное растение из этих модифицированных клеток. [11]
Культуры тканей обычно используются в размножении растений . [12] [13] Преимущество такого вегетативного размножения заключается в том, что оно позволяет получить большое количество однородного материала, что имеет большое значение при размножении ценных сортов декоративных растений, [13] и подвоев для плодовых деревьев. Кроме того, плодовые растения или цветы могут быть получены свободными от вирусов , фитоплазм , вироидов . [14]
Поскольку растительные клетки тотипотентны, добавление гормонов роста в среду может стимулировать каллусные клетки к развитию корней, побегов и целых растений. [15]
Существует три распространенных метода создания клеточной культуры из животных. Первый — это органная культура, где целые органы из эмбрионов или частичные органы взрослых используются для инициирования органной культуры in vitro . Эти клетки сохраняют свой дифференцированный характер и функциональную активность в органной культуре. Второй метод — это первичная эксплантационная культура, в которой фрагменты, полученные из животной ткани, прикрепляются к поверхности с помощью компонента внеклеточного матрикса (ECM), такого как коллаген или плазменный сгусток. Эта культура известна как первичная эксплантация, а мигрирующие клетки известны как отростки. Это использовалось для анализа характеристик роста раковых клеток по сравнению с их нормальными аналогами. [16] Третий метод — это клеточная культура, которая бывает трех типов: (1) культура клеток-предшественников, т. е. недифференцированные клетки, которые должны дифференцироваться, (2) дифференцированная клеточная культура, т. е. полностью дифференцированные клетки, которые потеряли способность к дальнейшей дифференциации, и (3) культура стволовых клеток, т. е. недифференцированные клетки, которые могут развиться в любой вид клеток». [16]
Культуры клеток животных используются во многих исследовательских целях и в коммерческих целях, а также в качестве:
Линию клеток можно определить как постоянно установленную клеточную культуру, которая будет размножаться вечно. Исследователи в основном получают линии клеток от других исследователей или из банка клеток, как (Американская коллекция типовых культур), потому что это намного проще, чем создавать новую, но в особых случаях исследователи обязаны установить линию клеток, чтобы сделать это, вы должны использовать одну из следующих клеток:
Трансформированные клеточные линии, опухолевая ткань или трансформация нормальных клеток in vitro [17]
Субкультура — это перенос клеток из одной культуры для начала новой. В ходе этого процесса пролиферирующие клетки подразделяются, образуя новые клеточные линии. [18]
Самая передовая наука о культуре тканей сейчас сосредоточена на стволовых клетках, стволовые клетки могут быть использованы для замены тканей или органов. Стволовая клетка — это примитивный тип клеток, который обладает способностью дифференцироваться во все 220 типов клеток, обнаруженных в организме человека. Стволовые клетки могут быть получены из крови, мозга или мышечной ткани, но наиболее важные из них — из ранних эмбрионов, которые обладают способностью дифференцироваться в любую другую клетку. [17]
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )