Nuôi cấy tế bào phụ thuộc nhiều vào điều kiện. Chúng khác nhau đối với từng loại tế bào, nhưng thường bao gồm một mạch phù hợp với chất nền hoặc môi trường cung cấp các chất dinh dưỡng cần thiết (axit amin, carbohydrate, vitamin, khoáng chất), các yếu tố tăng trưởng, hormone và khí (CO2, O2) và điều chỉnh thể chất. -môi trường hóa chất. (pH đệm, áp suất thẩm thấu, nhiệt độ). Hầu hết các tế bào yêu cầu bề mặt hoặc chất nền nhân tạo (nuôi cấy kết dính hoặc đơn lớp), trong khi những tế bào khác có thể được nhân giống tự do trong môi trường nuôi cấy (nuôi cấy huyền phù). Tuổi thọ của hầu hết các tế bào được xác định về mặt di truyền, nhưng một số tế bào nuôi cấy đã được biến đổi thành tế bào bất tử sẽ sinh sản vô thời hạn nếu tạo điều kiện tối ưu.
Định nghĩa
Sđịnh nghĩa ở đây là khá đơn giản. Trong thực tế, thuật ngữ "nuôi cấy tế bào" ngày nay dùng để chỉ việc nuôi cấy các tế bào có nguồn gốc từ sinh vật nhân chuẩn đa bào, đặc biệt là tế bào động vật, trái ngược với các kiểu nuôi cấy khác. Lịch sử phát triển và các phương pháp nuôi cấy có liên quan mật thiết đến nuôi cấy mô và nuôi cấy cơ quan. Việc nuôi cấy vi rút cũng được kết hợp với các tế bào là vật chủ chứa vi rút.
Lịch sử
Các kỹ thuật trong phòng thí nghiệm để lấy và nuôi cấy các tế bào tách ra từ nguồn mô ban đầu đã trở nên mạnh mẽ hơn vào giữa thế kỷ 20. Những đột phá chính trong lĩnh vực này được thực hiện bởi các nhà khoa học từ Đại học Yale.
Đột phá giữa thế kỷ
Ban đầu, việc lấy và nuôi cấy tế bào được thực hành để tìm ra phương thuốc chữa bách bệnh cho nhiều loại virus nguy hiểm. Một số nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng nhiều chủng vi rút có thể sống, phát triển và nhân lên một cách an toàn trên các tế bào động vật được nuôi nhân tạo hoặc thậm chí toàn bộ các cơ quan được giữ tự chủ trong các bình đặc biệt. Theo quy luật, các tế bào của các cơ quan của động vật càng gần con người càng tốt sẽ được sử dụng cho các thử nghiệm như vậy - ví dụ, các loài linh trưởng bậc cao như tinh tinh. Tất cả những khám phá này được thực hiện vào những năm 1940, khi các thí nghiệm trên con người phù hợp nhất vì những lý do nhất định.
Phương pháp
Tế bào có thể được phân lập từ mô để nuôi cấy ex vivo theo một số cách. Chúng có thể dễ dàng được làm sạch khỏi máu, nhưng chỉ các tế bào trắng mới có khả năng phát triển trong môi trường nuôi cấy. Tế bào có thểđược phân lập từ các mô rắn bằng cách tiêu hóa chất nền ngoại bào bằng cách sử dụng các enzym như collagenase, trypsin, hoặc pronase trước khi khuấy động mô để giải phóng tế bào thành huyền phù. Ngoài ra, các mảnh mô có thể được đặt trong môi trường tăng trưởng và các tế bào phát triển có sẵn để nuôi cấy. Phương pháp này được gọi là nuôi cấy mẫu.
Tế bào được nuôi cấy trực tiếp từ đối tượng được gọi là tế bào sơ cấp. Ngoại trừ một số có nguồn gốc từ khối u, hầu hết các tế bào nuôi cấy sơ cấp đều có tuổi thọ hạn chế.
Bất tử và tế bào gốc
Một dòng tế bào được thành lập hoặc bất tử có khả năng sinh sản vô hạn, thông qua đột biến ngẫu nhiên hoặc sửa đổi có chủ ý, chẳng hạn như biểu hiện nhân tạo của gen telomerase. Nhiều dòng tế bào được biết đến như những loại tế bào điển hình.
Nuôi cấy hàng loạt các dòng tế bào động vật là cơ bản để sản xuất vắc-xin vi-rút và các sản phẩm công nghệ sinh học khác. Nuôi cấy tế bào gốc của người được sử dụng để mở rộng số lượng của chúng và biệt hóa tế bào thành các loại khác nhau phù hợp để cấy ghép. Nuôi cấy tế bào gốc (gốc) của con người cũng được sử dụng để thu thập các phân tử và exsome do tế bào gốc giải phóng cho mục đích điều trị.
Kết nối với di truyền
Các sản phẩm sinh học được sản xuất bằng công nghệ DNA tái tổ hợp (rDNA) trong nuôi cấy động vật bao gồmenzym, hormone tổng hợp, sinh học miễn dịch (kháng thể đơn dòng, interleukin, lymphokines) và chất chống ung thư. Trong khi nhiều protein đơn giản hơn có thể được tạo ra bằng cách sử dụng rDNA trong môi trường nuôi cấy vi khuẩn, các protein phức tạp hơn được glycosyl hóa (biến đổi bởi carbohydrate) hiện phải được tạo ra trong tế bào động vật.
Một ví dụ quan trọng về một loại protein phức tạp như vậy là hormone erythropoietin. Chi phí nuôi cấy tế bào động vật có vú rất cao, vì vậy nghiên cứu đang được tiến hành để tạo ra các protein phức tạp như vậy trong tế bào côn trùng hoặc trong thực vật bậc cao. Việc sử dụng các tế bào phôi đơn và phôi soma làm nguồn chuyển gen trực tiếp bằng bắn phá hạt, biểu hiện gen thoáng qua và kính hiển vi đồng tiêu là một trong những ứng dụng của nó. Nuôi cấy tế bào thực vật là hình thức phổ biến nhất của thực hành này.
Cấy mô
Nuôi cấy mô là việc nuôi cấy các mô hoặc tế bào được tách ra từ một sinh vật. Quá trình này thường được thực hiện dễ dàng bằng cách sử dụng môi trường tăng trưởng lỏng, bán rắn hoặc rắn như nước dùng hoặc thạch. Nuôi cấy mô thường đề cập đến việc nuôi cấy mô và tế bào động vật, với thuật ngữ cụ thể hơn được sử dụng cho thực vật, tế bào thực vật và nuôi cấy mô. Thuật ngữ "nuôi cấy mô" do nhà nghiên cứu bệnh học người Mỹ Montrose Thomas Burroughs đặt ra.
Lịch sử nuôi cấy mô
Năm 1885, Wilhelm Roux cắt bỏ một phần của tủyđĩa gà bào thai và duy trì nó trong dung dịch nước muối ấm trong vài ngày, thiết lập nguyên tắc cơ bản của nuôi cấy mô. Năm 1907, nhà động vật học Ross Granville Harrison đã chứng minh sự phát triển của các tế bào phôi ếch sẽ tạo ra các tế bào thần kinh trong bạch huyết đông máu. Năm 1913, E. Steinhardt, C. Israel, và R. A. Lambert đã nuôi cấy vi rút vaccin trong các mảnh mô sừng của chuột lang. Nó đã là một thứ tiên tiến hơn nhiều so với nuôi cấy tế bào thực vật.
Từ quá khứ đến tương lai
Gotlieb Haberlandt là người đầu tiên chỉ ra khả năng nuôi cấy các mô thực vật cô lập. Ông gợi ý rằng phương pháp này có thể xác định khả năng của các tế bào riêng lẻ thông qua nuôi cấy mô, cũng như ảnh hưởng lẫn nhau của các mô lên nhau. Khi những tuyên bố ban đầu của Haberland được hiện thực hóa, các kỹ thuật nuôi cấy mô và tế bào bắt đầu được áp dụng tích cực, dẫn đến những khám phá mới trong sinh học và y học. Ý tưởng ban đầu của ông, được trình bày vào năm 1902, được gọi là thế năng: "Về mặt lý thuyết, tất cả các tế bào thực vật đều có khả năng tạo ra một cây hoàn chỉnh." Việc nuôi cấy tế bào vào thời điểm đó đã phát triển vượt bậc.
Trong cách sử dụng hiện đại, nuôi cấy mô thường đề cập đến sự phát triển của tế bào từ mô của một sinh vật đa bào trong ống nghiệm. Điều kiện nuôi cấy tế bào không quan trọng lắm trong trường hợp này. Các tế bào này có thể được phân lập từ sinh vật cho, tế bào sơ cấp hoặc dòng tế bào bất tử. Tế bào đang rửamôi trường nuôi cấy có chứa các chất dinh dưỡng và nguồn năng lượng cần thiết cho sự tồn tại của chúng. Thuật ngữ "nuôi cấy mô" thường được sử dụng thay thế cho nuôi cấy tế bào.
Đơn
Nghĩa đen của nuôi cấy mô đề cập đến việc nuôi cấy các mảnh mô, tức là nuôi cấy mẫu.
Nuôi cấy mô là một công cụ quan trọng để nghiên cứu đặc tính sinh học của tế bào từ các sinh vật đa bào. Nó cung cấp một mô hình mô trong ống nghiệm trong một môi trường được xác định rõ ràng, có thể dễ dàng thao tác và phân tích.
Trong nuôi cấy mô động vật, tế bào có thể được nuôi cấy dưới dạng đơn lớp 2D (nuôi cấy thông thường) hoặc bên trong giá thể hoặc gel dạng sợi để đạt được cấu trúc giống mô 3D tự nhiên hơn (nuôi cấy 3D). Eric Simon, trong một báo cáo tài trợ NIH SBIR năm 1988, đã chỉ ra rằng kỹ thuật quay điện có thể được sử dụng để sản xuất giàn giáo sợi polyme quy mô nano và submicron được thiết kế đặc biệt để sử dụng làm chất nền tế bào và mô trong ống nghiệm.
Việc sử dụng sớm lưới sợi dẫn điện để nuôi cấy tế bào và kỹ thuật mô đã cho thấy rằng các loại tế bào khác nhau sẽ bám dính và sinh sôi trên sợi polycarbonate. Người ta quan sát thấy rằng, trái ngược với hình thái dẹt thường thấy trong nuôi cấy 2D, các tế bào phát triển trên sợi dây điện thể hiện hình thái 3D tròn hơn thường thấy trong các mô in vivo.
Văn hóaĐặc biệt, mô thực vật có liên quan đến việc phát triển toàn bộ cây từ những mảnh nhỏ của sợi thực vật được nuôi cấy trong môi trường.
Khác biệt về mẫu mã
Nghiên cứu về kỹ thuật mô, tế bào gốc và sinh học phân tử chủ yếu liên quan đến việc nuôi cấy tế bào đang phát triển trên đĩa nhựa phẳng. Phương pháp này được gọi là nuôi cấy tế bào hai chiều (2D) và được phát triển lần đầu tiên bởi Wilhelm Roux, người đã loại bỏ một phần màng tủy của phôi gà vào năm 1885 và giữ nó trong nước muối ấm trong vài ngày trên kính phẳng.
Từ sự tiến bộ của công nghệ polyme, đĩa nhựa tiêu chuẩn hiện đại để nuôi cấy tế bào hai chiều, thường được gọi là đĩa petri, đã ra đời. Julius Richard Petri, một nhà vi khuẩn học người Đức, thường được ghi nhận trong các tài liệu khoa học là người phát minh ra phát minh này, từng làm trợ lý cho Robert Koch. Ngày nay, các nhà nghiên cứu khác nhau cũng sử dụng bình nuôi cấy, hình nón, và thậm chí là túi dùng một lần như túi dùng trong lò phản ứng sinh học dùng một lần.
Bên cạnh việc nuôi cấy các dòng tế bào bất tử được thiết lập tốt, các tế bào từ các mẫu ban đầu của nhiều sinh vật có thể được nuôi cấy trong một khoảng thời gian giới hạn cho đến khi tính nhạy cảm xuất hiện. Tế bào sơ cấp được nuôi cấy đã được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu, như trong trường hợp tế bào sừng của cá trong các nghiên cứu về sự di cư của tế bào. Môi trường nuôi cấy tế bào có thể được sử dụng trong hầu hết cáckhác nhau.
Nuôi cấy tế bào thực vật thường được nuôi cấy dưới dạng nuôi cấy huyền phù tế bào trong môi trường lỏng hoặc nuôi cấy mô sẹo trên môi trường rắn. Việc nuôi cấy các tế bào thực vật chưa biệt hóa và calli đòi hỏi sự cân bằng thích hợp của các hormone tăng trưởng thực vật là auxin và cytokinin.
