A cultura celular é altamente dependente das condições. Eles variam para cada tipo de célula, mas geralmente consistem em um recipiente adequado com um substrato ou meio que fornece os nutrientes necessários (aminoácidos, carboidratos, vitaminas, minerais), fatores de crescimento, hormônios e gases (CO2, O2) e regula o funcionamento físico. -ambiente químico (pH tampão, pressão osmótica, temperatura). A maioria das células requer uma superfície ou substrato artificial (cultura adesiva ou monocamada), enquanto outras podem ser propagadas livremente em um meio de cultura (cultura em suspensão). A vida útil da maioria das células é determinada geneticamente, mas algumas culturas de células foram transformadas em células imortais que se reproduzirão indefinidamente se forem criadas condições ideais.
Definição
Sa definição aqui é bem simples. Na prática, o termo "cultura de células" agora se refere ao cultivo de células derivadas de eucariotos multicelulares, especialmente células animais, em oposição a outros tipos de cultura. O desenvolvimento histórico e os métodos de cultura estão intimamente relacionados com a cultura de tecidos e a cultura de órgãos. A cultura de vírus também está associada a células como hospedeiras de vírus.
Histórico
As técnicas laboratoriais para obtenção e cultivo de células separadas da fonte original do tecido tornaram-se mais robustas em meados do século XX. Os principais avanços nessa área foram feitos por cientistas da Universidade de Yale.
Descoberta do meio do século
Originalmente, a obtenção e o cultivo de células eram praticados para encontrar uma panacéia para muitos vírus perigosos. Vários pesquisadores descobriram que muitas cepas de vírus podem viver, prosperar e se multiplicar com segurança em células animais cultivadas artificialmente ou mesmo em órgãos inteiros que são mantidos de forma autônoma em frascos especiais. Como regra, células de órgãos de animais que são o mais próximo possível dos humanos são usadas para esses testes - por exemplo, primatas superiores como chimpanzés. Todas essas descobertas foram feitas na década de 1940, quando experimentos em pessoas eram mais relevantes por certas razões.
Metodologia
As células podem ser isoladas de tecidos para cultura ex vivo de várias maneiras. Eles podem ser facilmente eliminados do sangue, mas apenas os glóbulos brancos são capazes de crescer em cultura. As células podemser isolado de tecidos sólidos por digestão da matriz extracelular usando enzimas como colagenase, tripsina ou pronase antes de agitar o tecido para liberar as células em suspensão. Alternativamente, pedaços de tecido podem ser colocados em meio de crescimento e as células que crescem ficam disponíveis para cultura. Este método é conhecido como cultura de explantes.
As células que são cultivadas diretamente do sujeito são conhecidas como células primárias. Com exceção de alguns derivados de tumores, a maioria das culturas de células primárias tem uma vida útil limitada.
Imortais e células-tronco
Uma linha celular estabelecida ou imortalizada adquiriu a capacidade de se reproduzir indefinidamente, seja por mutação aleatória ou modificação deliberada, como a expressão artificial do gene da telomerase. Numerosas linhas de células são bem conhecidas como tipos de células típicos.
A cultura em massa de linhagens de células animais é fundamental para a produção de vacinas virais e outros produtos biotecnológicos. A cultura de células-tronco humanas é usada para expandir seus números e diferenciar as células em diferentes tipos adequados para transplante. A cultura de células-tronco humanas também é usada para coletar moléculas e exossomos liberados pelas células-tronco para fins terapêuticos.
Conexão com a genética
Produtos biológicos produzidos pela tecnologia de DNA recombinante (rDNA) em culturas animais incluemenzimas, hormônios sintéticos, imunobiológicos (anticorpos monoclonais, interleucinas, linfocinas) e agentes anticancerígenos. Embora muitas proteínas mais simples possam ser produzidas usando rDNA em culturas bacterianas, proteínas mais complexas que são glicosiladas (modificadas por carboidratos) devem ser produzidas atualmente em células animais.
Um exemplo importante de uma proteína tão complexa é o hormônio eritropoietina. Os custos de cultivo de culturas de células de mamíferos são altos, então pesquisas estão em andamento para criar essas proteínas complexas em células de insetos ou em plantas superiores. O uso de células embrionárias únicas e embriões somáticos como fonte de transferência direta de genes por bombardeamento de partículas, expressão de genes transitórios e microscopia confocal é uma de suas aplicações. A cultura de células vegetais é a forma mais comum desta prática.
Culturas de tecidos
Cultura de tecidos é o cultivo de tecidos ou células separados de um organismo. Esse processo geralmente é facilitado usando um meio de crescimento líquido, semi-sólido ou sólido, como caldo ou ágar. A cultura de tecidos geralmente se refere à cultura de células e tecidos animais, com o termo mais específico usado para cultura de plantas, células vegetais e tecidos. O termo "cultura de tecidos" foi cunhado pelo patologista americano Montrose Thomas Burroughs.
História da cultura de tecidos
Em 1885, Wilhelm Roux removeu uma seção da medulaplacas de fetos de galinha e mantidas em solução salina morna por vários dias, estabelecendo o princípio básico da cultura de tecidos. Em 1907, o zoólogo Ross Granville Harrison demonstrou o crescimento de células embrionárias de sapo que dariam origem a células nervosas na linfa coagulada. Em 1913, E. Steinhardt, C. Israel e R. A. Lambert cultivaram o vírus vaccinia em fragmentos de tecido de chifre de cobaia. Já era algo muito mais avançado do que a cultura de células vegetais.
Do passado para o futuro
Gotlieb Haberlandt foi o primeiro a apontar a possibilidade de cultivar tecidos vegetais isolados. Ele sugeriu que esse método poderia determinar as capacidades de células individuais por meio da cultura de tecidos, bem como a influência mútua dos tecidos entre si. À medida que as reivindicações originais de Haberland foram realizadas, as técnicas de cultura de tecidos e células começaram a ser aplicadas ativamente, levando a novas descobertas em biologia e medicina. Sua ideia original, apresentada em 1902, chamava-se totipotencialidade: "Teoricamente, todas as células vegetais são capazes de produzir uma planta completa". O cultivo de culturas de células naquela época avançou dramaticamente.
No uso moderno, a cultura de tecidos geralmente se refere ao crescimento de células do tecido de um organismo multicelular in vitro. As condições de cultura de células não são muito importantes neste caso. Essas células podem ser isoladas de um organismo doador, células primárias ou uma linha celular imortalizada. As células estão lavandoum meio de cultura que contém os nutrientes e fontes de energia necessários para sua sobrevivência. O termo "cultura de tecidos" é frequentemente usado como sinônimo de cultura de células.
Aplicativo
O significado literal de cultura de tecidos refere-se ao cultivo de pedaços de tecido, ou seja, cultura de explantes.
A cultura de tecidos é uma ferramenta importante para estudar a biologia de células de organismos multicelulares. Ele fornece um modelo de tecido in vitro em um ambiente bem definido que pode ser facilmente manipulado e analisado.
Na cultura de tecidos animais, as células podem ser cultivadas como monocamadas 2D (cultura convencional) ou dentro de estruturas fibrosas ou géis para obter estruturas semelhantes a tecidos 3D mais naturalistas (cultura 3D). Eric Simon, em um relatório de concessão do NIH SBIR de 1988, mostrou que a eletrofiação poderia ser usada para produzir scaffolds de fibra de polímero em escala nano e submicron especificamente projetados para uso como substratos de células e tecidos in vitro.
Esse uso inicial de grades de fibra eletricamente condutora para cultura de células e engenharia de tecidos mostrou que diferentes tipos de células aderem e proliferam em fibras de policarbonato. Observou-se que, em contraste com a morfologia achatada tipicamente vista em cultura 2D, as células cultivadas em fibras de cordão elétrico exibem uma morfologia 3D mais arredondada tipicamente vista em tecidos in vivo.
Culturatecido vegetal, em particular, está associado ao cultivo de plantas inteiras a partir de pequenos pedaços de fibras vegetais cultivadas em um meio.
Diferenças nos modelos
A pesquisa em engenharia de tecidos, células-tronco e biologia molecular envolve principalmente o cultivo de culturas de células em placas de plástico planas. Este método é conhecido como cultura celular bidimensional (2D) e foi desenvolvido pela primeira vez por Wilhelm Roux, que em 1885 removeu parte da placa medular de uma galinha embrionária e a manteve em solução salina morna por vários dias em vidro plano.
A partir do avanço da tecnologia de polímeros, surgiu a moderna placa de plástico padrão para cultura de células bidimensionais, comumente conhecida como placa de Petri. Julius Richard Petri, um bacteriologista alemão, geralmente creditado na literatura científica como o inventor dessa invenção, trabalhou como assistente de Robert Koch. Hoje, vários pesquisadores também usam frascos de cultura, cones e até sacos descartáveis como os usados em biorreatores descartáveis.
Além da cultura de linhagens celulares imortalizadas bem estabelecidas, as células de explantes primários de muitos organismos podem ser cultivadas por um período limitado de tempo até que ocorra a suscetibilidade. Células primárias cultivadas têm sido amplamente utilizadas em pesquisas, como no caso de ceratócitos de peixes em estudos de migração celular. Os meios de cultura celular podem ser usados na maioria dasdiferente.
Culturas de células vegetais são geralmente cultivadas como culturas de suspensão de células em meio líquido ou em culturas de calos em meio sólido. A cultura de células vegetais indiferenciadas e calos requer um equilíbrio adequado dos hormônios de crescimento vegetal auxina e citocinina.
