תרבות התא תלויה מאוד בתנאים. הם משתנים עבור כל סוג תא, אבל בדרך כלל מורכבים מכלי מתאים עם מצע או מדיום המספקים את החומרים המזינים הדרושים (חומצות אמינו, פחמימות, ויטמינים, מינרלים), גורמי גדילה, הורמונים וגזים (CO2, O2) ומווסתים את הפיזיקה. -סביבה כימית (pH מאגר, לחץ אוסמוטי, טמפרטורה). רוב התאים דורשים משטח או מצע מלאכותי (תרבית דבק או חד-שכבתי), בעוד שאחרים ניתנים להפצה חופשית במצע תרבות (תרבית השעיה). תוחלת החיים של רוב התאים נקבעת גנטית, אבל כמה תרביות תאים עברו טרנספורמציה לתאים אלמותיים שיתרבו ללא הגבלה אם נוצרו תנאים אופטימליים.
הגדרה
Sההגדרה כאן די פשוטה. בפועל, המונח "תרבית תאים" מתייחס כיום לגידול של תאים שמקורם באיקריוטים רב-תאיים, במיוחד תאים של בעלי חיים, בניגוד לסוגים אחרים של תרבית. שיטות התפתחות והתרבות היסטוריות קשורות קשר הדוק לתרבית רקמות ותרבות איברים. התרבות וירוסים קשורה גם לתאים כמארחים לנגיפים.
היסטוריה
טכניקות מעבדה להשגת וטיפוח תאים שהופרדו ממקור הרקמה המקורית הפכו חזקות יותר באמצע המאה ה-20. פריצות הדרך העיקריות בתחום זה נעשו על ידי מדענים מאוניברסיטת ייל.
פריצת דרך באמצע המאה
במקור, השגת וטיפוח תאים בוצעו כדי למצוא תרופת פלא לווירוסים מסוכנים רבים. מספר חוקרים גילו שזנים רבים של וירוסים יכולים לחיות, לשגשג ולהתרבות בבטחה על תאי בעלי חיים שגדלו באופן מלאכותי או אפילו על איברים שלמים שנשמרים באופן אוטונומי בצלוחיות מיוחדות. ככלל, תאים של איברים של בעלי חיים הקרובים ככל האפשר לבני אדם משמשים לבדיקות כאלה - למשל, פרימטים גבוהים יותר כמו שימפנזים. כל התגליות הללו התגלו בשנות הארבעים, כאשר ניסויים על אנשים היו הרלוונטיים ביותר מסיבות מסוימות.
מתודולוגיה
ניתן לבודד תאים מרקמות לתרבית ex vivo בכמה דרכים. ניתן לנקות אותם מדם בקלות, אך רק תאים לבנים מסוגלים לגדול בתרבית. תאים יכוליםלהיות מבודד מרקמות מוצקות על ידי עיכול של המטריצה החוץ-תאית באמצעות אנזימים כגון קולגנאז, טריפסין או פרונאזה לפני ערבול הרקמה כדי לשחרר את התאים לתרחיף. לחלופין, ניתן להניח פיסות רקמה במצע גידול והתאים שגדלים זמינים לתרבית. שיטה זו ידועה כתרבות explant.
תאים שתורבתו ישירות מהנבדק ידועים כתאים ראשוניים. למעט חלקם שמקורם בגידולים, לרוב תרביות התאים הראשוניות יש אורך חיים מוגבל.
בני אלמוות ותאי גזע
קו תאים מבוסס או מונצח רכש את היכולת להתרבות ללא הגבלת זמן, בין אם באמצעות מוטציה אקראית או שינוי מכוון, כגון ביטוי מלאכותי של הגן טלומראז. שורות תאים רבות ידועות כסוגי תאים טיפוסיים.
התרבות המונית של שורות תאים של בעלי חיים היא הבסיסית לייצור חיסונים ויראליים ומוצרים ביוטכנולוגיה אחרים. התרבות של תאי גזע אנושיים משמשת להרחבת מספרם ולהבדיל בין תאים לסוגים שונים המתאימים להשתלה. תרבית תאי (גזע) אנושית משמשת גם לאיסוף מולקולות ואקסוזומים המשתחררים על ידי תאי גזע למטרות טיפוליות.
קשר עם גנטיקה
מוצרים ביולוגיים המיוצרים בטכנולוגיית DNA רקומביננטי (rDNA) בתרבויות בעלי חיים כולליםאנזימים, הורמונים סינתטיים, אימונוביולוגיים (נוגדנים חד-שבטיים, אינטרלוקינים, לימפוקינים) וחומרים אנטי-סרטניים. בעוד שניתן לייצר חלבונים רבים ופשוטים יותר באמצעות rDNA בתרביות חיידקים, חלבונים מורכבים יותר שעברו גליקוזילציה (השתנו על ידי פחמימות) חייבים להיעשות כיום בתאי בעלי חיים.
דוגמה חשובה לחלבון מורכב שכזה הוא ההורמון אריתרופויאטין. העלויות של גידול תרביות יונקים גבוהות, ולכן מתבצע מחקר ליצירת חלבונים מורכבים כאלה בתאי חרקים או בצמחים גבוהים יותר. השימוש בתאים עובריים בודדים ובעוברים סומטיים כמקור להעברת גנים ישירה על ידי הפצצת חלקיקים, ביטוי של גנים חולפים ומיקרוסקופיה קונפוקלית הוא אחד מהיישומים שלו. תרבית תאי צמחים היא הצורה הנפוצה ביותר של תרגול זה.
תרבויות רקמות
תרבית רקמות היא טיפוח של רקמות או תאים המופרדים מאורגניזם. תהליך זה מקל בדרך כלל באמצעות מצע גידול נוזלי, מוצק למחצה או מוצק כגון מרק או אגר. תרבית רקמות מתייחסת בדרך כלל לתרבית של תאים ורקמות של בעלי חיים, כאשר המונח הספציפי יותר משמש לצמחים, תאי צמחים ורקמות. המונח "תרבות רקמות" נטבע על ידי הפתולוג האמריקאי Montrose Thomas Burroughs.
היסטוריה של תרבות רקמות
בשנת 1885, וילהלם רו הסיר חלק מהמדולריצלחות של עוף עוברי ושמרו אותו בתמיסת מלח חמה במשך מספר ימים, תוך ביסוס העיקרון הבסיסי של תרבית רקמות. בשנת 1907, הזואולוג רוס גרנוויל הריסון הדגים את הצמיחה של תאי צפרדע עובריים שיולידו תאי עצב בלימפה קרושה. בשנת 1913, E. Steinhardt, C. Israel, ו-R. A. Lambert טיפחו את וירוס ה-vaccinia בשברי רקמת קרן חזיר ניסיונות. זה כבר היה משהו הרבה יותר מתקדם מתרבית תאי צמחים.
מהעבר לעתיד
Gotlieb Haberlandt היה הראשון שהצביע על האפשרות של טיפוח רקמות צמחים מבודדות. הוא הציע ששיטה זו יכולה לקבוע את היכולות של תאים בודדים באמצעות תרבית רקמות, כמו גם את ההשפעה ההדדית של רקמות זו על זו. ככל שהתממשו הטענות המקוריות של הברלנד, החלו ליישם באופן פעיל טכניקות לתרבית רקמות ותאים, מה שהוביל לתגליות חדשות בביולוגיה וברפואה. הרעיון המקורי שלו, שהוצג ב-1902, נקרא טוטיפוטנציאליות: "תיאורטית, כל תאי הצמח מסוגלים לייצר צמח שלם". הטיפוח של תרביות תאים באותה תקופה התקדם בצורה דרמטית.
בשימוש מודרני, תרבית רקמות מתייחסת בדרך כלל לצמיחה של תאים מרקמת אורגניזם רב-תאי במבחנה. תנאי תרבית התאים אינם חשובים במיוחד במקרה זה. תאים אלה עשויים להיות מבודדים מאורגניזם תורם, תאים ראשוניים או שורת תאים מונצחת. תאים נשטפיםמצע תרבות המכיל את אבות המזון ומקורות האנרגיה הדרושים להישרדותם. המונח "תרבית רקמה" משמש לעתים קרובות לסירוגין עם תרבית תאים.
Application
המשמעות המילולית של תרבית רקמה מתייחסת לטיפוח של פיסות רקמה, כלומר תרבית explant.
תרבית רקמות היא כלי חשוב לחקר הביולוגיה של תאים מאורגניזמים רב-תאיים. הוא מספק מודל רקמה במבחנה בסביבה מוגדרת היטב שניתן לתמרן ולנתח בקלות.
בתרבית רקמות של בעלי חיים, ניתן לגדל תאים כמונו-שכבות דו-ממדיות (תרבות קונבנציונלית) או בתוך פיגומים או ג'לים סיביים כדי להשיג מבנים דמויי רקמה תלת-ממדיים יותר טבעיים (תרבית תלת-ממד). אריק סיימון, בדו ח מענק NIH SBIR משנת 1988, הראה שניתן להשתמש ב-elektrospinning לייצור פיגומי סיבים פולימרים בקנה מידה ננו ותת-מיקרוני שתוכננו במיוחד לשימוש כמצעי תאים ורקמות במבחנה.
השימוש המוקדם הזה ברשתות סיבים מוליכות חשמלית לתרבית תאים והנדסת רקמות הראה שסוגים שונים של תאים יידבקו ויתרבו על סיבי פוליקרבונט. נצפה שבניגוד למורפולוגיה הפחוסה הנראית בדרך כלל בתרבית דו-ממדית, תאים הגדלים על סיבי חוט חשמלי מציגים מורפולוגיה תלת-ממדית מעוגלת יותר הנראית בדרך כלל ברקמות in vivo.
תרבותרקמת צמחים, במיוחד, קשורה לגידול צמחים שלמים מחתיכות קטנות של סיבים צמחיים המעובדים במדיום.
הבדלים בדגמים
מחקר בהנדסת רקמות, תאי גזע וביולוגיה מולקולרית כולל בעיקר גידול תרביות תאים על צלחות פלסטיק שטוחות. שיטה זו ידועה כתרבית תאים דו מימדית (2D) והיא פותחה לראשונה על ידי וילהלם רו, אשר בשנת 1885 הסיר חלק מהצלחת המדולרית של תרנגולת עוברית ושמר אותה בתמיסת מלח חמה במשך מספר ימים על זכוכית שטוחה.
מההתקדמות של טכנולוגיית הפולימרים, צמחה צלחת הפלסטיק הסטנדרטית המודרנית לתרבית תאים דו מימדית, הידועה בכינויה צלחת פטרי. ג'וליוס ריצ'רד פטרי, בקטריולוג גרמני, הנחשב בדרך כלל בספרות המדעית כממציא המצאה זו, עבד כעוזר של רוברט קוך. כיום, חוקרים שונים משתמשים גם בצלוחיות תרבית, קונוסים ואפילו שקיות חד פעמיות כמו אלו המשמשות בכורים חד פעמיים.
מלבד תרבית של קווי תאים שהונצחו מבוססים היטב, ניתן לגדל תאים מאקספלטים ראשוניים של אורגניזמים רבים לפרק זמן מוגבל עד להופעת רגישות. תאים ראשוניים מתורבתים היו בשימוש נרחב במחקר, כמו במקרה של קרטוציטים של דגים במחקרי נדידת תאים. ניתן להשתמש באמצעי תרבית תאים ברובםשונה.
תרביות תאי צמחים גדלות בדרך כלל כתרביות תרחיף תאים במדיה נוזלית או בתרביות קאלוס על מדיה מוצקה. התרבות של תאי צמחים בלתי מובחנים וקאלי דורשת איזון נכון של הורמוני הגדילה הצמחיים אוקסין וציטוקינין.
