Кіріспе

Ұяшықтарды бақыланатын жағдайларда өсіру процесі

Ұяшықтарды өсіру немесе тіндерді өсіру – ұяшықтарды бақыланатын жағдайларда, әдетте олардың табиғи ортасынан тыс өсіру процесі. Тірі тінден алынған ұяшықтарды мұқият бақыланатын жағдайда ұстауға болады. Оларды дене температурасында (37 °C) инкубаторда сақтау қажет. Бұл жағдайлар әр ұяшық түріне байланысты өзгеше болуы мүмкін, бірақ әдетте қажетті қоректік заттарды (аминоқышқылдар, көмірсулар, витаминдер, минералдар), өсу факторларын, гормондарды және газдарды (CO2, O2) қамтамасыз ететін, сондай-ақ физиохимиялық ортаны (pH буфері, осмостық қысым, температура) реттейтін қолайлы ыдыс пен субстрат немесе толық ортадан тұрады. Көптеген ұяшықтар жабысқақ мәдениетті моноқабат (бір ұяшық қалыңдығы) ретінде қалыптастыру үшін бет немесе жасанды субстратты қажет етеді, ал басқалары суспензиялық мәдениет ретінде ортада еркін қозғалып өсе алады. Бұл әдетте сұйық, жартылай қатты немесе қатты өсу ортасын, мысалы, қоректік орта немесе агарды пайдалану арқылы жеңілдетіледі. Тіндерді өсіру көбінесе жануарлар ұяшықтары мен тіндерін өсіруді білдіреді, ал өсімдіктер үшін өсімдік тіндерін өсіру термині қолданылады. Көптеген ұяшықтардың өмір сүру мерзімі генетикалық тұрғыдан анықталады, бірақ кейбір ұяшықтар «өзгертіліп», өлмейтін ұяшықтарға айналдырылған, олар оңтайлы жағдайлар жасалса, шексіз көбейе алады. Қазіргі кезде «ұяшықтарды өсіру» термині көбінесе көпкөкшелі эукариоттардан, әсіресе жануарлар ұяшықтарынан алынған ұяшықтарды өсіруді білдіреді, бұл өсімдік тіндерін өсіру, саңырауқұлақтар мен микробиологиялық мәдениет сияқты басқа да ұяшықтарды өсіру түрлерінен ерекшеленеді. Ұяшықтарды өсірудің тарихи дамуы мен әдістері тіндерді және органдарды өсірумен тығыз байланысты. Вирустық мәдениет те ұяшықтар вирустар үшін қонақша ретінде қызмет ететіндіктен, осымен байланысты. Бір ұяшықтан тараған және бірдей генетикалық құрамға ие ұяшықтар популяциясы – тірі ұяшықтар желісін олардың бастапқы тінінен бөліп ұстау зертханалық техникасы 20-шы ғасырдың ортасында жетілді.

Тарих

XIX ғасырдағы ағылшын физиологы Сидней Рингер организмнен тыс жердегі жануарлар жүрегінің соғуын сақтауға арналған натрий, калий, кальций және магний хлоридтерін қамтитын тұз ерітіндісін жасады. 1885 жылы Вильгельм Ру эмбрионалды тауықтың миы пластинасының бір бөлігін алып тастап, оны бірнеше күн бойы жылы тұзды ерітіндіде ұстады, бұл тіндерді өсірудің негізгі қағидасын белгіледі. 1907 жылы зоолог Росс Гранвилл Харрисон жабынның эмбрионалды жасушаларының өсуін көрсетті, бұл түйіршікті лимфа ортасында жүйке жасушаларын пайда етеді. 1913 жылы Э. Стейнхардт, К. Израиль және Р. А. Ламберт вакцина вирусын шошқаның мүйіз қабығының бөлшектерінен өсірді. 1996 жылы регенеративті тіннің алғашқы қолданылуы уретраның кіші ұзындығын ауыстыру үшін қолданылды, бұл тіннің үлгілерін алу, оны денесінен тыс жерде иінсіз өсіру және оны қайта қолдану әдісі 1 см-ден аз арақашықтыққа ғана қолданылуы мүмкін деген түсінікке әкелді. Джонс Хопкинс медицина мектебінде, содан кейін Йель университетінде жұмыс істейтін Росс Гранвилл Харрисон 1907 жылдан 1910 жылға дейінгі тәжірибелерінің нәтижелерін жариялап, тіндер өсіру әдістемесін құрды. Готлиб Хаберландт алғаш рет оқшауланған тіндерді өсірудің, өсімдік тіндерін өсірудің мүмкіндігін көрсетті. Ол бұл әдіс арқылы жеке жасушалардың тін культурасы арқылы әлеуетін, сондай-ақ тіндердің бір-біріне өзара әсерін анықтауға болады деп ұсынды. Хаберландтың алғашқы пікірінен бастап тін мен жасуша өсіру әдістері пайда болды, бұл биология мен медицинада елеулі жаңалықтарға әкелді. Ол өзінің тотипотенциалдық идеясын 1902 жылы ұсынды, ол "Теориялық тұрғыдан барлық өсімдік жасушалары толық өсімдікке әкелуі мүмкін" деп мәлімдеді. Тіндер мәдениетін американдық патолог Монтроз Томас Берроуз қолданған. 1940-1950 жылдары вирусология саласындағы зерттеулерді қолдау үшін жасушалар өсіру әдістері едәуір дамыды. Жасушалы дақылдарда өсірілген вирустар тазаланған вирустарды вакцина жасау үшін дайындауға мүмкіндік берді. Джонас Солк әзірлеген инъекциялық полиомиелит вакцинасы жасушалы мәдениет техникасын қолдану арқылы жаппай өндірілген алғашқы өнімдердің бірі болды. Бұл вакцинаны Джон Франклин Эндерс, Томас Хакл Веллер және Фредерик Чепмен Роббинстің жасушалы мәдениет зерттеулері мүмкін етті. Олар маймыл бүйрек жасушалы мәдениеттерінде вирусты өсіру әдісін ашқаны үшін Нобель сыйлығын алды. Жасушалар өсіру көптеген ауруларға қарсы вакциналар жасауға септігін тигізді. Осылайша, кең мағынада "тіндер өсіру" жиі "жасуша өсіру" деген сөзбен алмасып қолданылады. Екінші жағынан, "тіндер өсіру" сөзінің нақты мағынасы тін бөлшектерін өсіруді, яғни эксплант өсіруді білдіреді. Тін культурасы - көп жасушалы организмдердің жасушаларының биологиясын зерттеудің маңызды құралы. Ол тіннің жақсы анықталған ортадағы in vitro моделін ұсынады, оны оңай өңдеуге және талдауға болады. Жануарлар тіндерінің өсірілімінде жасушалар екі өлшемді моноқабаттар (дәстүрлі өсіру) ретінде немесе талшықты ілмектер немесе гельдер ішінде өсірілуі мүмкін, бұл табиғи үш өлшемді тінге ұқсас құрылымдарға (3D өсіру) жету үшін. Эрик Саймон 1988 жылғы NIH SBIR гранттық баяндамасында электроспинингтің нано және субмикрондық масштабтағы полимерлі талшықты эшафолдтарды өндіру үшін арнайы клеткалар мен тіндердің субстраттары ретінде қолдануға арналғандығын көрсетті. Электропыршалы талшықты торларды жасуша өсіру мен тін инженериясы үшін ерте пайдаланған кезде, әртүрлі жасуша түрлері поликарбонат талшықтарына жабысып, көбейеді. 2D мәдениетінде әдеттегі жалпақ морфологиядан айырмашылығы, электроспундалған талшықтарда өсірілген жасушалар жалпы тірі тіндерде байқалатын дөңгелектелген 3 өлшемді морфологияны көрсетті. Өсімдіктің тіндік өсіруі, әсіресе, өсімдіктің тіндік өсіру ортасында өсірілген шағын бөлшектерден тұтас өсімдіктерді өсіруге қатысты.

Ұяшықтарды оқшаулау

Жасушаларды тіндерден бірнеше тәсілмен оқшаулауға болады, содан кейін оларды ex vivo жағдайында өсіруге болады. Жасушаларды қаннан оңай тазартуға болады, алайда тек ақ жасушалар ғана өсірілуге қабілетті. Қатты тіндерден жасушаларды коллагеназа, трипсин немесе проназа сияқты ферменттерді пайдаланып, жасушадан тыс матрицаны ыдырату арқылы оқшаулауға болады, содан кейін тінді араластырып, жасушаларды суспензияға шығару керек. Балама ретінде, тіндердің бөліктерін өсу ортасына қоюға болады, ал одан өсетін жасушаларды өсіруге қолдануға болады. Бұл әдіс эксплант өсіру деп аталады. Тікелей науқастан алынған жасушалар бастапқы жасушалар деп аталады. Ісіктерден алынған кейбір жасушаларды қоспағанда, көптеген бастапқы жасушалар өсірудің қызмет ету мерзімі шектеулі. Реттелген немесе өлмейтін жасушалар желісі, кездейсоқ мутация немесе теломераза генінің жасанды экспрессиясы сияқты әдейі өзгерту арқылы шексіз көбею қабілетін алған. Көптеген жасушалар желілері белгілі бір жасуша түрлерінің өкілі ретінде жақсы қалыптасқан.

Ұяшықтарды мәдениетте сақтау

Көптеген оқшауланған жасушалардың басым бөлігі қартаю процесінен өтеді және белгілі бір мөлшерде көбейгеннен кейін бөлінуін тоқтатады, бірақ әдетте олардың тірі қалу қабілетін сақтайды (бұл Хейфлик шегі деп аталады). Температура мен газ қоспасынан басқа, мәдениет жүйелерінде ең көп өзгертілетін фактор – жасушалардың өсу ортасы. Өсу ортасының рецептілері pH, глюкоза концентрациясы, өсу факторлары және басқа да қоректік заттардың болуына қарай әртүрлі болуы мүмкін. Өсу факторлары көбінесе жануарлардың қанының сарысуынан алынады, мысалы, сиырдың ұрықтық сарысуы (FBS), сиырдың бұзау сарысуы, жылқы сарысуы және шошқа сарысуы. Осы қаннан алынған ингредиенттердің бір қиындығы – мәдениеттің вирустармен немесе приондармен, әсіресе медициналық биотехнологияда ластану мүмкіндігі. Қазіргі талдам бойынша, осы ингредиенттерді мүмкіндігінше азайту немесе жою және адамның тромбоциттерінен алынған лизатты (hPL) пайдалану қажет. Бұл адам жасушаларымен FBS қолданғанда түрлер аралық ластану туралы алаңдаушылықты жояды. hPL FBS немесе басқа жануарлар сарысуының орнына қауіпсіз және сенімді балама ретінде пайда болды. Сонымен қатар, химиялық тұрғыдан анықталған ортаны қолдану арқылы сарысудың кез келген іздерін (адам немесе жануар) жоюға болады, бірақ бұл әртүрлі жасуша түрлері үшін әрқашан мүмкін болмайды. Баламалы стратегиялар жануарлардың қанын АҚШ, Австралия және Жаңа Зеландия сияқты BSE/TSE қаупі ең төмен елдерден алуды және жасуша өсіру үшін жануарлардың толық сарысуының орнына сарысудан алынған тазартылған қоректік концентрацияларды пайдалануды қамтиды. Пластинка тығыздығы (мәдениет ортасының көлеміне шаққандағы жасушалар саны) кейбір жасуша түрлері үшін маңызды рөл атқарады. Мысалы, төмен пластинка тығыздығы гранулоза жасушаларының эстроген өндіруіне себеп болса, жоғары пластинка тығыздығы оларды прогестерон өндіретін тека-лютеин жасушаларына айналдырады. Жасушаларды суспензияда немесе жабысатын мәдениеттерде өсіруге болады. Кейбір жасушалар табиғи түрде суспензияда, кез келген бетке жабыспай тіршілік етеді, мысалы, қан ағынындағы жасушалар. Сондай-ақ, суспензиялы мәдениетте тіршілік етуге қабілетті болу үшін өзгертілген жасуша желілері де бар, бұл оларды жабысатын жағдайларға қарағанда жоғары тығыздыққа өсіруге мүмкіндік береді. Жабысатын жасушалар жабысу қасиеттерін арттыру және өсу мен дифференциация үшін қажетті басқа да сигналдарды беру үшін жасушадан тыс матрица (мысалы, коллаген және ламинин) компоненттерімен қапталған тіндік мәдениет пластикасы немесе микротасымалдағыш сияқты бетті қажет етеді. Қатты тіндерден алынған жасушалардың көпшілігі жабысатын болады. Жабысатын мәдениеттің тағы бір түрі – органотиптік мәдениет, ол екі өлшемді мәдениет табақтарына қарағанда үш өлшемді (3D) ортада жасушаларды өсіруді қамтиды. Бұл 3D мәдениет жүйесі биохимиялық және физиологиялық жағынан in vivo тіндеріне жақын, бірақ көптеген факторларға байланысты (мысалы, диффузия) техникалық тұрғыдан күтіп ұстау қиын.

Жасуша өсіру ортасының құрамдас бөліктері

КомпонентФункцияКөміртек көзі (глюкоза/глутамин) Энергия көзіАминқышқылы Ақуыздың құрылыс блоктарыВитаминдер Жасұның тіршілік етуін және өсуін қолдайдыТепе-теңдік тұз ерітіндісі Жасұлардың ішінде оптималды осмостық қысымды сақтауға арналған, сондай-ақ ферменттік реакциялар, жасушалардың жабысуы сияқты процестер үшін кофакторлар ретінде қызмет ететін қажетті металл иондарының изотоникалық қоспасы. Фенол қызыл бояуы pH индикаторы. Фенол қызылдың түсі pH 7–7,4 кезінде қызғылт сарыдан, қышқыл (төмен) pH кезінде сарыға, ал сілтілі (жоғары) pH кезінде қызғылт түске өзгереді. Бикарбонат / HEPES буфері Ортада pH тепе-теңдігін сақтау үшін қолданылады.

Ұялы желілердің аралас-кеңеске ұшырауы

Жасуша желілерінің қиылысқан ластануы мәдениетте өсірілген жасушалармен жұмыс істейтін ғалымдар үшін мәселе тудыруы мүмкін. Зерттеулерге сәйкес, тәжірибелерде қолданылатын жасушалардың 15-20% дұрыс анықталмаған немесе басқа жасуша желісімен ластанған болуы мүмкін. Дәрі-дәрмектерді тексеру үшін жүйелі түрде қолданылатын NCI 60 панеліндегі жасуша желілерінде де жасуша желілерінің қиылысқан ластануы анықталған. Американдық типтік мәдениеттер жинағы (ATCC), Еуропалық жасуша мәдениеттері жинағы (ECACC) және микроорганизмдер мен жасуша мәдениеттерінің неміс жинағы (DSMZ) сияқты негізгі жасуша желілері қоймаларына зерттеушілерден қате анықталған жасуша желілері туралы мәліметтер түскен. Мұндай ластану жасуша мәдениеттерін пайдалана отырып жүргізілген зерттеулердің сапасына кедерес келтіреді, сондықтан негізгі қоймалар қазір барлық жасуша желілерін тапсыруды растауда. ATCC өзінің жасуша желілерін растау үшін қысқа тандемдік қайталану (STR) ДНК саусақ іздерін пайдаланады. Жасуша желілерінің қиылысқан ластануы мәселесін шешу үшін зерттеушілер жасуша желісінің сәйкестігін анықтау үшін оның шынайылығын ертерек тексеруге шақырылады. Растауды жасуша желілерін тоңдырудан бұрын, белсенді өсіру кезінде екі ай сайын және жасуша желілерін пайдалана отырып алынған зерттеу деректерін жариялау алдында қайталау керек. Жасуша желілерін анықтау үшін көптеген әдістер қолданылады, оның ішінде изоэнзимдік талдау, адам лимфоциттерінің антигенін (HLA) анықтау, хромосомалық талдау, кариотипика, морфология және STR талдауы.

Өсімдік жасушаларын өңдеу

Мәдени жасушаларымен жүргізілетін жалпы манипуляциялардың ішінде ортаны ауыстыру, жасушаларды бөлу және трансфекциялау бар. Бұл әдетте асептикалық техникаға негізделген тінді культуралау әдістері арқылы жасалады. Асептикалық техника бактериялар, ашытқылар немесе басқа жасуша желілерімен ластанудың алдын алуға бағытталған. Манипуляциялар көбінесе ластанушы микроорганизмдерді болдырмау үшін биологиялық қауіпсіздік шкафында немесе ламинарлы ағынды шкафта жүргізіледі. Өсу ортасына антибиотиктер (мысалы, пенициллин және стрептомицин) және антигрибтік препараттар (мысалы, амфотерицин B және антибиотикалық антимикотикалық ерітінді) қосылуы мүмкін. Жасушалар метаболизм процесінен өтетін кезде қышқыл түзіледі және pH төмендейді. Көбінесе, ортаға қоректік заттардың азаюын өлшеу үшін pH индикаторы қосылады.

БАҚ өзгерістері

Тіркелген мәдениеттерде ортаны тікелей сору арқылы алып тастап, жаңа ортамен ауыстыруға болады. Жабыспайтын мәдениеттерде ортаны ауыстыру үшін мәдениетті центрифугаға салу және жасушаларды жаңа ортада қайта тарату қажет.

Өтетін жасушалар

Пассинг (сондай-ақ субкультура немесе жасушаларды бөлу деп аталады) – жасушалардың аз санын жаңа ыдысқа ауыстыру процесі. Жасушалар үнемі бөлінетін болса, оларды ұзақ уақыт бойы өсіруге болады, себебі бұл жасуша тығыздығының ұзақ уақыт бойы жоғары болуынан туындайтын қартаюды болдырмайды. Суспензиялық мәдениеттерде жасушалардың шағын саны бар мәдениеттің азын ғана мөлшері үлкен көлемдегі жаңа ортада сұйылтылып, оңай ауыстырылады. Жабысатын мәдениеттер үшін алдымен жасушаларды бөлу қажет; бұл көбінесе трипсин-ЭДТА қоспасымен жасалады, бірақ бұл мақсат үшін басқа ферменттік қоспалар да қолжетімді. Содан кейін аздаған бөлінген жасушаларды жаңа мәдениеттің тұқымы ретінде пайдалануға болады. RAW жасушалары сияқты кейбір жасуша мәдениеттері ыдыстың бетінен резеңке қырғыштармен механикалық түрде алынады.

Трансфекция және трансдукция

Жасушаларды манипуляциялаудың тағы бір кең таралған әдісі – трансфекция арқылы шетелдік ДНК енгізу. Бұл көбінесе жасушалардың белгілі бір генді экспрессиялауына себеп болады. Соңғы кезде РНКi конструкцияларын трансфекциялау белгілі бір геннің/белоктың экспрессиясын жоюдың ыңғайлы механизмі ретінде қолданылуда. ДНК-ны вирустарды пайдалана отырып, трансдукция, инфекция немесе трансформация деп аталатын әдістер арқылы жасушаларға енгізуге болады. Вирустар, паразиттік агенттер ретінде, ДНК-ны жасушаларға енгізуге өте жарамды, себебі бұл олардың нормативтік көбею процесінің бір бөлігі.

Адам жасушаларының қалыптасқан желілері

Адамнан алынған жасушалар биоэтикада белгілі бір дау тудырды, себебі олар өздерінің бастапқы организмінен ұзақ өмір сүре алады және кейіннен пайдалы медициналық емдерді табуда қолданылуы мүмкін. Бұл саладағы алғашқы шешім ретінде Калифорния Жоғарғы Соты "Мур против Калифорния Университетінің регенттері" ісінде адам пациенттерінің өздерінің келісімімен алынған органдардан алынған жасушалар желілеріне ешқандай меншік құқығы жоқ екенін анықтады. Қалыпты жасушаларды өлімсіз жасушалар желісімен біріктіру мүмкін. Бұл әдіс моноклоналды антиденелерді өндіру үшін пайдаланылады. Айта кетейік, иммундалған жануардың көкбауырынан (немесе қаннан) бөліп алынған лимфоциттер, өлімсіз миелома жасушалар желісімен (B жасушалар желісі) біріктіріліп, гибридома жасайды. Бұл гибридома бастапқы лимфоциттің антиденелік қасиеттерімен және миеломаның өміршеңдігімен сипатталады. Біріктірілмеген миелома жасушаларын іріктеу үшін селективті орта (ХА немесе ХАТ) қолданылады; бастапқы лимфоциттер культурада тез қырылады, ал тек біріктірілген жасушалар ғана тірі қалады. Олар қажетті антидененің өндірісіне, әдетте бастапқыда топтап, содан кейін жеке клондаудан кейін тексеріледі.

Ұяшық штаммы

Жасушалық штамм бастапқы мәдениеттен немесе жасушалық желіден белгілі бір қасиеттері немесе ерекшеліктері бар жасушаларды таңдау немесе клондау арқылы шығарылады, олар нақты анықталуы тиіс. Жасушалық штаммдар – мәдениетте өсірілуге бейімделген жасушалар, бірақ жасушалық желілерден айырмашылығы, олардың бөліну қабілеті шектеулі. Өміршеңдігі мәңгілік емес жасушалар 40-60 популяциялық екі еселенгеннен кейін бөлінуін тоқтатады, және одан кейін олардың көбейіп өсу қабілетін жоғалтады (генетикалық тұрғыдан анықталатын, қартаю деп аталатын құбылыс).

Ұяшық өсірудің қолданылуы

Жануарлар жасушаларының жаппай өсірілуі вирустық вакциналар мен биотехнологияның басқа да өнімдерін жасау үшін негізгі болып табылады. Адамның дің жасушаларын өсіру жасушалардың санын арттыру және трансплантация үшін жасушаларды әртүрлі соматикалық жасуша түрлеріне дифференциалдау үшін қолданылады. Дің жасушаларын өсіру терапиялық әзірлемелер үшін дің жасушалары бөліп шығаратын молекулалар мен экзосомаларды алуға да мүмкіндік береді. Жануарлар жасушаларының мәдениеттерінде рекомбинантты ДНҚ (rДНҚ) технологиясымен өндірілген биологиялық өнімдерге ферменттер, синтетикалық гормондар, иммунобиологиялық препараттар (моноклоналды антиденелер, интерлейкиндер, лимфокиндер) және қатерлі ісікке қарсы заттар кіреді. Көптеген қарапайым ақуыздарды бактериялық мәдениеттерде рДНҚ арқылы өндіруге болады, бірақ күрделі ақуыздар, гликозильденген (көмірсулармен модификацияланған) жануарлар жасушаларында жасалуы керек. Мұндай күрделі ақуыздың маңызды мысалы – эритропоэтин гормоны. Сүтқоректілер жасушаларын өсірудің құны жоғары болғандықтан, мұндай күрделі ақуыздарды жәндік жасушаларында немесе жоғары сапалы өсімдіктерде өндіру үшін зерттеулер жүргізілуде, сондай-ақ бір эмбрионалды жасуша мен соматикалық эмбриондарды бөлшектік бомбалау арқылы тікелей гендік трансферге қолдану, транзиттік гендік экспрессия және конфокалды микроскопия арқылы бақылау – оның қолданылуының бір саласы. Бұл соматикалық эмбриондардың бір жасушалық тегін және процесті бастайтын алғашқы жасушалық бөлінудің асимметриясын растауға да мүмкіндік береді. Жасуша өсіру – клеткалық шаруашылықтың маңызды әдісі, оның мақсаты жаңа өнімдерді және сүт, (өсірілген) ет, хош иістер және мүйіз сияқты ауыл шаруашылығы өнімдерін өндірудің жаңа тәсілдерін ұсыну. Сондықтан бұл жануарлардан тәуелсіз шаруашылықты іске асырудың бір жолы саналады. Бұл сонымен қатар жасуша биологиясын оқытудың негізгі құралы болып табылады.

Үш өлшемді жасушалар өсірілімі

Жасушаларды үш өлшемде өсіру "Биологияның жаңа өлшемі" деп аталады. Қазіргі уақытта жасуша мәдениетін жүргізу әдісі 2D-дегі жеке немесе бірнеше жасуша құрылымдарының әртүрлі комбинацияларына негізделген. Қазіргі кезде, дәрі-дәрмектерді іздеу, қатерлі ісік биологиясы, регенеративті медицина, наноматериалдарды бағалау және негізгі табиғаттану ғылымдары салаларында 3D жасуша мәдениетін қолдану артып келеді. 3D жасуша мәдениетін тіреуші құрылым (эшафолд) немесе матрица арқылы, немесе тіреуші құрылымсыз өсіруге болады. Тіреуші құрылымға негізделген мәдениеттер ацеллюлярлы 3D матрицаны немесе сұйық матрицаны пайдаланады. Тіреуші құрылымсыз әдістер әдетте суспензияда жасалады. Үш өлшемді жасуша құрылымдарының өсуін қамтамасыз ету үшін әртүрлі платформалар қолданылады, оның ішінде гидрогель матрицалары және қатты тіреуші құрылымдар сияқты тіреуші жүйелер, сондай-ақ төмен жабысу пластиналары, нанобөлшектердің магниттік левитациясын жеңілдету, тамшылатып ілу пластиналары және ротациялық жасуша мәдениеті сияқты тіреуші құрылымсыз жүйелер бар. Жасушаларды 3D-да өсіру гендік экспрессия белгілерінде кең ауқымда өзгерістерге әкеледі және физиологиялық жағдайдағы тіндерді ішінара имитациялайды. 3D жасуша мәдениеті үлгісі, жасуша өсуі жағынан бір қабатты мәдениетке қарағанда in vivo-ға ұқсас нәтижелер көрсетті, ал барлық үш мәдениет те жасуша өсуін сақтауға қабілетті болды. 3D мәдениет дамыған сайын, ол ісік моделін жасау және қатерлі өзгерістер мен метастаздарды зерттеу үшін зор әлеуетке ие екені анықталды. 3D мәдениеттер өзгерістерді, өзара әрекеттесуді және жасуша сигналдарын түсіну үшін тиімді құралды ұсынуы мүмкін.

3D клеткалар өсірілімі

Эрик Саймон 1988 жылғы NIH SBIR гранттық баяндамасында электроспинингтің нано және субмикрондық масштабтағы полистирол және поликарбонат талшықты мұқтажаттарды ин витро жасушалық субстрат ретінде пайдалануға арналғандығын көрсетті. Электроспининг арқылы жасалған талшықты торларды жасуша өсіру және тіндік инженерия үшін алғаш рет қолданғанда, адам қабығының фибробластары (HFF), трансформацияланған адам карциномы (HEp 2) және мысық өкпесінің эпителийі (MLE) сияқты әртүрлі жасуша түрлері поликарбонат талшықтарына жабысып, көбейеді екені анықталды. 2D өсірудегі әдеттегі жалпақ морфологиядан өзгеше, электроспинингпен жасалған талшықтарда өсірілген жасушалар in vivo жағдайында көрінетін, дөңгелек пішінді, 3 өлшемді гистотиптік морфологияны көрсетті. Гидрогельдер суды жақсы сақтайтын, бір-бірімен байланысқан тесіктерден тұрады, бұл қоректік заттар мен газдар сияқты заттардың тиімді тасымалдануын қамтамасыз етеді. 3D жасуша өсіру үшін табиғи және синтетикалық материалдардан жасалған әртүрлі гидрогельдер қолжетімді, оларға жануарлардың ЭКМ экстракты гидрогельдері, белок гидрогельдері, пептид гидрогельдері, полимер гидрогельдері және ағаш негізіндегі наноцеллюлоза гидрогельдері жатады.

Магниттік левитация арқылы 3D жасушалар өсіру

Магниттік левитация әдісімен 3D жасуша өсіру (MLM) – бұл неодимолық магниттік драйверлерді қолдана отырып, кеңістікте өзгеретін магниттік өрістерде магниттік нанобөлшектер жиынтықтарымен өңделген жасушаларды индукциялау, сондай-ақ стандартты Петри ыдысының ауа-сұйықтық интерфейсіне дейін жасушаларды левитация арқылы көтеріп, жасушалар арасындағы өзара әрекеттесуді күшейту арқылы 3D тінді өсірудің әдісі. Магниттік нанобөлшектер жиынтығы магниттік темір оксидінің нанобөлшектерінен, алтын нанобөлшектерінен және полилизин полимерінен тұрады. 3D жасуша өсіру – бұл 500 жасушадан миллиондаған жасушаға дейін, немесе бір ыдыстан жоғары өнімді, төмен көлемді жүйелерге дейін кеңейтілуге қабілетті масштабталатын технология.

Тіндерді өсіру және инженерия

Жасуша өсіру – тіндерді өсіру және тіндерді инженериялаудың маңызды бөлігі, себебі ол жасушаларды in vitro жағдайында өсіру мен күтіп ұстаудың негізін қалайды. Адам жасушаларын өсірудің басты қолданысы – бұл шеміршек жасушалары индустриясы, онда мезенхималық шеміршек жасушалары өсіріліп, кейін пайдалану үшін криоконсервацияланады. Тін инженериясы жыл сайын жүздеген мың науқасқа төмен құнмен медициналық қызмет көрсетуде айтарлықтай жақсартулар жасауға мүмкіндік береді.

Вакциналар

Қазіргі уақытта полиомиелит, қызылша, сіреспе, қызылша және сушеңкеге қарсы вакциналар жасуша мәдениетінде жасалады. H5N1 пандемиясының қаупіне байланысты, АҚШ үкіметі тұмауға қарсы вакциналар үшін жасуша мәдениетін пайдалану жөніндегі зерттеулерді қаржыландырып отыр. Бұл саладағы жаңа идеяларға рекомбинантты ДНҚ-ға негізделген вакциналар кіреді, мысалы, адам аденовирусын (тарту вирусын) вектор ретінде пайдаланатын вакцина, сондай-ақ жаңа адъюванттар.

Жасушалар кокультурасы

Кокультуралау әдісі екі немесе одан да көп клетка түрлерінің пластинкадағы немесе 3D матрицадағы клеткалық байланысын зерттеу үшін қолданылады. Әртүрлі шектеу жасушаларының өсірілуі және иммундық жасушалардың өзара әрекеттесуін биологиялық тіндерге ұқсас in vitro модельде зерттеуге болады. Көптеген тіндерде бірден көп клетка түрлері болғандықтан, олардың өзара әрекеттесуін жақсырақ түсіну және тіндерді модельдеу үшін олардың өзара әрекеттесуін 3D ортада бағалау маңызды. Кокультуралаудың екі түрі бар: тікелей және жанама. Тікелей байланыс жасушалардың бірдей ортада немесе матрицада бір-бірімен тікелей жанасуын қамтиды, ал жанама байланыс әртүрлі ортаны қамтиды, бұл сигнал беру және ерігіш факторлардың қатысуына мүмкіндік береді. Жасушалар арасындағы байланыс кезінде тіндер модельдеріндегі жасушалардың дифференциациялануын, қатерлі ісіктерді модельдеу, терапиялық сынақтардағы дәрілердің тиімділігін бағалау және олардың әсерін зерттеу үшін Кокультуралық жүйе қолданылады. 3D модельдегі кокультура жүйесі, егер микроорта жасушалар үшін биологиялық тінді анықтаса, химиотерапия мен эндокриндік терапияға жауапты болжауға мүмкіндік береді. Тіндік инженерияда бірнеше жасушалардың тікелей байланысы арқылы тіндерді жасау үшін кокультуралау әдісі қолданылады.

Микротірілдік құрылғыдағы жасушалар өсірілімі

Микрофлюидика техникасы – бұл микрондық масштабта ағынмен процестерді жүзеге асыра алатын жүйелер. Микрофлюидикалық чиптер «Лаборатория чипінде» деп те аталады және олар реактивтердің және кеңістіктің аз мөлшерін пайдалана отырып, үздіксіз процедуралар мен реакция қадамдарын орындауға қабілетті. Тиісті биологиялық талдаулармен және жоғары сезімталдықтағы анықтау техникаларымен үйлестірілгенде, мұндай жүйелер жеке жасушаларды және молекулаларды анықтауға және оқшаулауға мүмкіндік береді.

Чиптегі орган

ООЖ жүйелері микрофлюидикада тіндерді өсіру арқылы жасушалардың микроортасын еліктейді және бақылайды. Тін инженериясы, биоматериалдар жасау және жасуша биологиясын үйлестіре отырып, ол зертханада адам ауруларын зерттеу үшін биомиметикалық модель құру мүмкіндігін ұсынады. Соңғы жылдары 3D жасуша мәдениеті ғылымы айтарлықтай дамыды, бұл ООЖ-ның пайда болуына әкелді. ООЖ фармацевтикалық зерттеулерге, дәрі-дәрмектерді әзірлеуге және ауруларды модельдеуге пайдалы клиникаға дейінгі кезең ретінде қарастырылады. ООЖ – жануарлар үстіндегі сынақтар мен клиникалық зерттеулер арасындағы қатынасты жақсартатын маңызды технология, сондай-ақ ғылымның жетістіктері дәрі жеткізу және патофизиологиялық зерттеулер үшін in vivo зерттеулердің орнын толыққанды баса алады.

сүтқоректі емес жасушалар өсірілімі

Жақсы қалыптасқан өлмейтін жасуша желілерін өсіруден өзге, көптеген организмдердің бастапқы эксплантаттарынан алынған жасушаларды қартаю процесі басталар алдында шектеулі мерзімге өсіруге болады (Хейфликтің лимитін қараңыз). Бастапқы жасушалар зерттеулерде кеңінен қолданылады, мысалы, жасушалардың қозғалысын зерттеуде балықтың кератоциттері пайдаланылған.

Өсімдік жасушаларының өсіру әдістері

Өсімдік жасушаларының мәдениеттері әдетте сұйық ортада жасуша суспензиясы түрінде немесе қатты ортада каллус мәдениеттері түрінде өсіріледі. Бөлшектенбеген өсімдік жасушаларын және каллустарды өсіру үшін өсімдік өсу гормондары ауксин мен цитокининнің дұрыс арақатынасы қажет.

Жәндік жасушасы

Drosophila melanogaster-ден алынған жасушалар (әсіресе, Шнайдер 2 жасушалары) тірі шыбындарда немесе дернәсілдерде жүргізу қиын тәжірибелер үшін қолданылуы мүмкін, мысалы биохимиялық зерттеулер немесе siRNA қолданылатын зерттеулер. Армиялық Spodoptera frugiperda құртынан алынған жасушалар тізбегі, оның ішінде Sf9 және Sf21, сондай-ақ капуста құрты Trichoplusia ni-ден алынған High Five жасушалары, бакуловирусты пайдаланып рекомбинантты ақуыздарды өндіру үшін кеңінен қолданылады.

Бактериялық және ашытқылық өсіру әдістері

Бактериялар мен ашытқылар үшін жасушалардың шағын мөлшері көбінесе ішінде қоректік заттар бар қатты ортада өсіріледі, әдетте агар сияқты гельде, ал үлкен көлемдегі мәдениеттер жасушалар қоректік ортада ерітіліп өсіріледі.

Вирустық мәдениет әдістері

Вирустарды өсіру үшін, вирустың өсуі мен көбеюіне жағдай жасау үшін сүтқоректілердің, өсімдіктердің, саңырауқұлақтардың немесе бактериялардың клеткаларын қожайын ретінде өсіру қажет. Тиісті жағдайлар жасалғанда, толыққанды жабайы типтегі вирустар, рекомбинантты вирустар немесе вирус өнімдері олардың табиғи қожайындарынан өзге клетка түрлерінде де пайда болуы мүмкін. Вирустың түріне қарай, инфекция және вирус көбеюі қожайын клетканың лизисіне және вирус плакасының қалыптасуына алып келуі мүмкін.

Ұяшық желілерінің тізімі

Жасу шарасы Мағынасы Организмі Тегі Морфологиясы Сілтемелер 3T3 L1 "3 күнге ауыстыру, 3 x 10^5 жасу ұяшығының егіні" Тышқан Жылынастық Фибробласт ECACC Cellosaurus 4T1 Тышқан Сүт безі ATCC Cellosaurus 1321N1 Адам Ми Астроцитома ECACC Cellosaurus 9L Егеуқұйрық Ми Глиобластома ECACC Cellosaurus A172 Адам Ми Глиобластома ECACC Cellosaurus A20 Тышқан B лимфома B лимфоцит Cellosaurus A253 Адам Тіл асты безі Бас және мойын карциномасы ATCC Cellosaurus A2780 Адам Жұмыртқа Жұмыртқалық карцинома ECACC Cellosaurus A2780ADR Адам Жұмыртқа А2780-нің адриамицинге төзімді туындысы ECACC Cellosaurus A2780cis Адам Жұмыртқа А2780-нің цисплатинге төзімді туындысы ECACC Cellosaurus A431 Адам Тері эпителиі Жұқа қабатты карцинома ECACC Cellosaurus A549 Адам Өкпе Өкпе карциномасы ECACC Cellosaurus AB9 Зебрабалық Жұқа қабат Фибробласт ATCC Cellosaurus AHL 1 Армян Хамстер Өкпесі 1 Хамстер Өкпе ECACC Cellosaurus ALC Тышқан Сүйек миы Строма Cellosaurus B16 Тышқан Меланома ECACC Cellosaurus B35 Егеуқұйрық Нейробластома ATCC Cellosaurus BCP 1 Адам PBMC HIV+ біріншілік эффузиялық лимфома ATCC Cellosaurus BEAS 2B Бронх эпителиі + Аденовирус 12 SV40 вирусы гибриді (Ad12SV40) Адам Өкпе Эпителий ECACC Cellosaurus bEnd.3 Ми эндотелиі 3 Тышқан Ми/ми қабықшасы Эндотелий Cellosaurus BHK 21 Бала Хамстер Бүйрегі 21 Хамстер Бүйрек Фибробласт ECACC Cellosaurus BOSC23 HEK 293-тен алынған қаптама жасу шарасы Адам Бүйрек (жылдам) Эпителий Cellosaurus BT 20 Сүт безі ісігі 20 Адам Сүт безі эпителиі Сүт безі карциномасы ATCC Cellosaurus BxPC 3 Бүйрек карциномасының 3-ші біопсиялық ксенотрансплантаты Адам Бүйрек аденокарциномасы Эпителий ECACC Cellosaurus C2C12 Тышқан Миобласт ECACC Cellosaurus C3H 10T1/2 Тышқан Жылдам мезенхималық жасу шарасы ECACC Cellosaurus C6 Егеуқұйрық Ми астроциті Глиома ECACC Cellosaurus C6/36 Құбыжық Азиялық жолақ шыбырлауының дернәсілі ECACC Cellosaurus Caco 2 Адам Толқын ішегі Колоректальды карцинома ECACC Cellosaurus Cal 27 Адам Тіл Жұқа қабатты карцинома ATCC CellosaurusCalu 3 Адам Өкпе Аденокарцинома ATCC Cellosaurus CGR8 Тышқан Жылдам эмбриондық жасу шаралары ECACC Cellosaurus CHO Қытай Хамстер Жұмыртқасы Хамстер Жұмыртқа Эпителий ECACC Cellosaurus CML T1 Созылмалы миелоидты лейкемия T лимфоциті 1 Адам Созылмалы миелоидты лейкемиянің жедел фазасы T жасу лейкемиясы DSMZ Cellosaurus CMT12 Ит Сүт безі ісігі 12 Ит Сүт безі Эпителий Cellosaurus COR L23 Адам Өкпе Өкпе карциномасы ECACC Cellosaurus COR L23/5010 Адам Өкпе Өкпе карциномасы ECACC Cellosaurus COR L23/CPR Адам Өкпе Өкпе карциномасы ECACC Cellosaurus COR L23/R23 Адам Өкпе Өкпе карциномасы ECACC Cellosaurus COS 7 Cercopithecus aethiops, SV 40-тың кемістігі Ескі әлем маймылы Cercopithecus aethiops (Chlorocebus) Бүйрек Фибробласт ECACC Cellosaurus COV 434 Адам Жұмыртқа Жұмыртқалық гранулозалық жасу карциномасы ECACC Cellosaurus CT26 Тышқан Толқын ішегі Колоректальды карцинома Cellosaurus D17 Ит Өкпе метастазы Остеосаркома ATCC Cellosaurus DAOY Адам Ми Медуллобластома ATCC Cellosaurus DH82 Ит Гистиоцитоз Моноцит/макрофаг ECACC Cellosaurus DU145 Адам Андрогенге сезімсіз простата карциномасы ATCC Cellosaurus DuCaP Dura mater простатасының қатерлі жасуы Адам Метастаздық простата карциномасы Эпителий Cellosaurus E14Tg2a Тышқан Эмбриондық жасу шаралары ECACC Cellosaurus EL4 Тышқан T жасу лейкемиясы ECACC Cellosaurus EM 2 Адам Созылмалы миелоидты лейкемияның жарылыс дағдарысы Ph+ CML жасуы DSMZ Cellosaurus EM 3 Адам Созылмалы миелоидты лейкемияның жарылыс дағдарысы Ph+ CML жасуы DSMZ Cellosaurus EMT6/AR1 Тышқан Сүт безі Эпителийге ұқсас ECACC Cellosaurus EMT6/AR10.0 Тышқан Сүт безі Эпителийге ұқсас ECACC Cellosaurus FM3 Адам Лимфа түйіні метастазы Меланома ECACC Cellosaurus GL261 Глиома 261 Тышқан Ми Глиома Cellosaurus H1299 Адам Өкпе Өкпе карциномасы ATCC Cellosaurus HaCaT Адам Тері Кератиноцит CLS Cellosaurus HCA2 Адам Толқын ішегі Аденокарцинома ECACC Cellosaurus HEK 293 Адам Жылдам эмбриондық бүйрегі 293 Адам Бүйрек (жылдам) Эпителий ECACC Cellosaurus HEK 293T HEK 293 туындысы Адам Бүйрек (жылдам) Эпителий ECACC Cellosaurus HeLa "Генриетта Лакс" Адам Жатыр мойны эпителиі Жатыр мойны карциномасы ECACC Cellosaurus Hepa1c1c7 1-ші клонының 7-ші клоны гепатома жасуы Тышқан Гепатома Эпителий ECACC Cellosaurus Hep G2 Адам Бауыр Гепатобластома ECACC Cellosaurus High Five Құбыжық (көбелек) Trichoplusia ni Жұмыртқа Cellosaurus HL 60 Адам Лейкемия 60 Адам Қан Миелобласт ECACC Cellosaurus HT 1080 Адам Фибросаркома ECACC Cellosaurus HT 29 Адам Толқын ішегі эпителиі Аденокарцинома ECACC Cellosaurus J558L Тышқан Миелома B лимфоцит жасуы ECACC Cellosaurus Jurkat Адам Ақ қан жасулары T жасу лейкемиясы ECACC Cellosaurus JY Адам Лимфобластоид EBV трансформацияланған B жасуы ECACC Cellosaurus K562 Адам Лимфобластоид Созылмалы миелоидты лейкемияның жарылыс дағдарысы ECACC Cellosaurus KBM 7 Адам Лимфобластоид Созылмалы миелоидты лейкемияның жарылыс дағдарысы Cellosaurus KCL 22 Адам Лимфобластоид CML DSMZ Cellosaurus KG1 Адам Лимфобластоид AML ECACC Cellosaurus Ku812 Адам Лимфобластоид Эритролейкемия ECACC Cellosaurus KYO 1 Кёто 1 Адам Лимфобластоид CML DSMZ Cellosaurus L1210 Тышқан Лимфоциттік лейкемия Асцит сұйықтығы ECACC Cellosaurus L243 Тышқан Гибридома L243 mAb (HLA DR-ға қарсы) секреттейді ATCC Cellosaurus LNCaP Лимфа түйінінің простатасының қатерлі жасуы Адам Простаталық аденокарцинома Эпителий ECACC CellosaurusMA 104 Микробиологиялық қауымдастық 104 Африкалық жасыл маймыл Бүйрек Эпителий Cellosaurus MA2.1 Тышқан Гибридома MA2.1 mAb (HLA A2 және HLA B17-ға қарсы) секреттейді ATCC Cellosaurus Ma Mel 1, 2, 3 48 Адам Тері Меланома жасу шараларының диапазоны ECACC Cellosaurus MC 38 Тышқан Толқын ішегі 38 Тышқан Толқын Аденокарцинома Cellosaurus MCF 7 Мичиган қатерлі жасу қоры 7 Адам Сүт безі Инвазивті сүт безінің түтікшелік карциномасы ER+, PR+ ECACC Cellosaurus MCF 10A Мичиган қатерлі жасу қоры 10A Адам Сүт безі эпителиі ATCC Cellosaurus MDA MB 157 M. D. Anderson Метастаздық сүт безі 157 Адам Плевралық эффузия метастазы Сүт безі карциномасы ECACC Cellosaurus MDA MB 231 M. D. Anderson Метастаздық сүт безі 231 Адам Плевралық эффузия метастазы Сүт безі карциномасы ECACC Cellosaurus MDA MB 361 M. D. Anderson Метастаздық сүт безі 361 Адам (M14-мен ластанған) Меланома ECACC Cellosaurus MDA MB 468 M. D. Anderson Метастаздық сүт безі 468 Адам Плевралық эффузия метастазы Сүт безі карциномасы ATCC Cellosaurus MDCK II Madin Darby Canine Kidney II Ит Бүйрек Эпителий ECACC Cellosaurus MG63 Адам Сүйек Остеосаркома ECACC Cellosaurus MIA PaCa 2 Адам Простата Бүйрек карциномасы ATCC Cellosaurus MOR/0.2R Адам Өкпе Өкпе карциномасы ECACC Cellosaurus Mono Mac 6 Адам Ақ қан жасулары Миелоидты метапластикалық AML DSMZ Cellosaurus MRC 5 Медициналық зерттеу кеңесінің жасу штаммы 5 Адам Өкпе (жылдам) Фибробласт ECACC Cellosaurus MTD 1A Тышқан Эпителий Cellosaurus MyEnd Миокард эндотелиі Тышқан Эндотелий Cellosaurus NCI H69 Адам Өкпе Өкпе карциномасы ECACC Cellosaurus NCI H69/CPR Адам Өкпе Өкпе карциномасы ECACC Cellosaurus NCI H69/LX10 Адам Өкпе Өкпе карциномасы ECACC Cellosaurus NCI H69/LX20 Адам Өкпе Өкпе карциномасы ECACC Cellosaurus NCI H69/LX4 Адам Өкпе Өкпе карциномасы ECACC Cellosaurus Neuro 2a Тышқан Нерв/нейробластома Нейрондық жасу шаралары ECACC Cellosaurus NIH 3T3 NIH, 3 күнге ауыстыру, 3 x 105 жасу ұяшығының егіні Тышқан Жылынастық Фибробласт ECACC Cellosaurus NALM 1 Адам Шеткі қан Жарылыс дағдарысы CML ATCC Cellosaurus NK 92 Адам Лейкемия/лимфома ATCC Cellosaurus NTERA 2 Адам Өкпе метастазы Эмбриондық карцинома ECACC Cellosaurus NW 145 Адам Тері Меланома ESTDAB Cellosaurus OK Opossum Kidney Вирджиния опоссумы Didelphis virginiana Бүйрек ECACC Cellosaurus OPCN / OPCT жасу шаралары Адам Простата Простаталық ісік жасу шараларының диапазоны Cellosaurus P3X63Ag8 Тышқан Миелома ECACC Cellosa...