Kudosviljelybiologia

Kudosviljely, biologisen tutkimuksen menetelmä, jossa eläimen tai kasvin kudosfragmentit siirretään keinotekoiseen ympäristöön, jossa ne voivat jatkaa selviytymistä ja toimintaa. Viljelty kudos voi koostua yhdestä solusta, solupopulaatiosta tai kokonaisesta tai osasta elintä. Viljelmässä voi lisääntyä; muuta kokoa, muotoa tai toimintoa; osoittaa erikoistunutta toimintaa (esimerkiksi lihassolut voivat supistua); tai vuorovaikutuksessa muiden solujen kanssa.

Historiallinen kehitys

Varhainen yritys kudosviljelyyn teki vuonna 1885 saksalainen eläintieteilijä Wilhelm Roux, joka kasvatti kudoksen alkion kudosta lämpimässä suolaliuoksessa. Ensimmäinen todellinen menestys tuli kuitenkin vuonna 1907, kun amerikkalainen eläintieteilijä Ross G. Harrison osoitti sammakkohermosoluprosessien kasvun hyytyneessä imusolmukassa. Ranskalainen kirurgi Alexis Carrel ja hänen assistenttinsa Montrose Burrows paransivat myöhemmin Harrisonin tekniikkaa, raportoidessaan alustavan edistyksensä vuosina 1910–1111 julkaistuissa artikkelisarjoissa. Carrel ja Burrows loivat termin kudosviljelmä ja määrittelivät konseptin. Sen jälkeen useat kokeilijat onnistuivat viljelemään eläinsoluja käyttämällä viljelyväliaineena erilaisia ​​biologisia nesteitä, kuten imusolmukkeet, veriseerumi, plasma ja kudosuutteet. 1980- ja 90-luvuilla kehitettiin menetelmiä, joiden avulla tutkijat pystyivät kasvattamaan nisäkkäiden alkion kantasoluja keinotekoisissa olosuhteissa. Nämä läpimurtot mahdollistivat viime kädessä ihmisen alkion kantasolulinjojen perustamisen ja ylläpidon, mikä edistyneiden tutkijoiden ymmärtää ihmisen biologiaa ja helpotti suuresti edistymistä terapeuttisessa ja uudistavassa lääketieteessä.

Kulttuuriympäristöt

Soluja voidaan kasvattaa biologista alkuperää olevassa elatusaineessa, kuten veriseerumissa tai kudosuutteessa, kemiallisesti määritellyssä synteettisessä väliaineessa tai näiden kahden seoksessa. Elatusaineen on sisällettävä oikeat määrät tutkittaville soluille välttämättömiä ravintoaineita ja sen on oltava sopivasti hapan tai emäksinen. Viljelmiä kasvatetaan yleensä joko yksikerroksisina soluilla lasi- tai muovipinnalla tai suspensiona nestemäisessä tai puolikiinteessä väliaineessa.

Viljelyn aloittamiseksi pieni kudosnäyte dispergoidaan väliaineeseen tai väliaineeseen, ja viljelmää sisältävää kolvia, putkea tai levyä inkuboidaan, yleensä lämpötilassa, joka on lähellä kudoksen normaalin ympäristön lämpötilaa. Steriilit olosuhteet ylläpidetään mikro-organismien aiheuttaman kontaminaation estämiseksi. Viljelmät aloitetaan joskus yksittäisistä soluista, mikä johtaa yhtenäisten biologisten populaatioiden, nimeltään kloonien, tuottamiseen. Yksittäiset solut aiheuttavat tyypillisesti pesäkkeitä 10 - 14 päivän kuluessa viljelyolosuhteisiin asettamisesta.

Primaariviljelmät ja vakiintuneet solulinjat

Viljelmiä on kahta päätyyppiä: primaariset (kuolevaiset) viljelmät ja vakiintuneiden (kuolemattomien) solulinjojen viljelmät. Primääriviljelmät koostuvat normaaleista soluista, kudoksista tai elimistä, jotka leikataan suoraan kudosta, joka on kerätty elävän organismin biopsian avulla. Primaariviljelmät ovat edullisia siinä mielessä, että ne mallintavat olennaisesti tutkittavan solun, kudoksen tai elimen luonnollista toimintaa. Mitä kauemmin näytteitä pidetään viljelmässä, sitä enemmän mutaatioita niihin kertyy, mikä voi johtaa muutoksiin kromosomirakenteessa ja solun toiminnassa. Lisäksi primaariviljelmät ovat yleensä kuolevaisia. Solut vanhentuvat, jolloin ne lisääntyvät vain 50-100 sukupolven ajan, jonka jälkeen nopeus laskee huomattavasti. Piste, jossa primaariviljelmien solut lopettaa kasvun tai läpikäyvät toistuvat vanhenemisvaiheet, merkitsee ns. Hayflick-rajaa (nimeltään löytäjälleen, amerikkalaiselle mikrobiologille Leonard Hayflickille).

Sitä vastoin vakiintuneet solulinjat voivat olla pysymättömiä. Tällaiset solulinjat ovat yleensä johdettu potilaiden kasvainbiopsioista tai ne voidaan tuottaa primaarisoluista, joille on tehty mutaatioita, joiden avulla he pystyivät ylittämään Hayflick-rajan ja jatkamaan replikaatiota. Samoin kuin primaariviljelmien solut, vakiintuneiden linjojen solut keräävät mutaatioita ajan myötä, mikä voi muuttaa niiden luonnetta. Siksi, jotta eri laboratorioiden tutkijat voivat verrata samoja solulinjoja käyttävien kokeiden tuloksia, heidän on vahvistettava solujen identiteetti, joiden kanssa he työskentelevät. Soluidentiteetti varmistetaan autentikoinniksi tunnetulla prosessilla, jossa viljeltyjen solujen DNA-profiilia verrataan kyseisen solulinjan tunnettuun tai standardiprofiiliin.