کشت سلول
کشت یاخته (کشت سلول) به فرایند کشت یاخته‌های پروکاریوتی یا یوکاریوتی در یک محیط کشت، گفته‌می‌شود. این اصطلاح بیشتر در مورد کشت یاخته‌های جانداران پر یاخته‌ای کاربرد دارد. در این فرایند یاخته‌ها در محیط آزمایشگاهی (به انگلیسی: in vitro) و تحت شرایط کنترل شده رشد داده می‌شوند، شرایط کشت یاخته‌ای برای هر گونه از جانداران می‌تواند متفاوت باشد. محیط کشت شامل ظرف کشت و ترکیب پایه (مثلا آگار) می‌باشد.[1][2]
مواد مغذی (مانند اسیدهای آمینه، کربوهیدرات‌ها، ویتامین‌ها و مواد معدنی)، فاکتورهای رشد و هورمون‌ها به محیط کشت افزوده می‌شوند. از انکوباتور برای تنظیم جو محیط کشت (ترکیب گازهایی مانند CO۲ و O۲)، فشار و دما در جهت بهینه‌سازی شرایط محیط کشت استفاده می‌شود. همچنین اسیدیته و فشار اسمزی محیط نیز گاهی در فرایند کشت یاخته با اهمیت تلقی می‌شوند. اکثر یاخته‌ها برای رشد به یک سطح یا یک بستر مصنوعی (کِشت چسبنده یا تک لایه) نیاز دارند در حالی که برخی دیگر توان رشد به صورت شناور آزاد در محیط کشت را دارند.
مفاهیم کشت سلولی پستانداران
جداسازی سلول‌ها
سلول‌ها را می‌توان به چندین روش برای کشت آزمایشگاهی جداسازی کرد (به انگلیسی: ex vivo). سلول‌های خونی را می‌توان به آسانی از خون استخراج و خالص‌سازی کرد. با این حال، سلول‌های سفید تنها سلول‌های خونی قادر به رشد در محیط کشت هستند. سلول‌های تک هسته‌ای می‌توانند به وسیلهٔ هضم آنزیمی از بافت‌های صاف آزاد شوند.
از جمله مهم‌ترین آنزیم‌های مورد استفاده در فرآیند استخراج می‌توان به کلاژناز، تریپسین یا پروناز اشاره کرد که ماتریکس خارج سلولی را می‌شکنند.
سلول‌هایی که به‌طور مستقیم از خود فرد (هدف) کشت داده می‌شوند به عنوان سلول‌های نسل اول (پرایمری) شناخته می‌شوند. اکثر کشت‌های سلولی به جز آن‌هایی که از تومور گرفته می‌شوند، طول عمر محدودی دارند. یک لاین سلولی نامیرا می‌تواند با ایجاد جهش تصادفی یا هدفمند (مانند بیان مصنوعی ژن تلومراز) به‌طور نامحدودی تکثیر گردد و به عنوان نماینده‌ای از انواع سلولی خاص پایه‌ریزی شود.
حفظ و نگهداری سلول‌ها در محیط کشت
اکثر سلول‌های پرایمری پس از این که تا حد خاصی افزایش پیدا کردند، با حفظ ثبات سلولی تحت فرایند پیری قرار گرفته و تقسیم سلولی در آن‌ها متوقف می‌شود. سلول‌ها در یک انکوباتور با دما و مخلوط گازی مناسب (به‌طور معمول دمای ۳۷ درجه و %۵ co2 برای سلول‌های حیوانی) کشت داده می‌شوند. شرایط کشت برای هر نوع سلول متفاوت است.
محیط‌های کشت می‌توانند از نظر pH، غلظت گلوکز، فاکتورهای رشد و دیگر مواد مغذی با یکدیگر متفاوت باشند. سرم جنین گاوی (FBS)، سرم گوساله گاوی، سرم اسب یا سرم بز از جمله معمول‌ترین فاکتورهای رشد مورد استفاده در محیط‌های کشت هستند.
یکی از مهم‌ترین عوارض استفاده از مواد مشتق شده از خون در کاربردهای بیوتکنولوژی پزشکی، آلوده شدن محیط کشت به ویروس‌ها و پریون‌ها می‌باشد. راه حل‌های جایگزین شامل یافتن منابع خون حیوانی از کشورهایی با کمترین خطر مانند ایالات متحده آمریکا، استرالیا و نیوزلند[3] و همچنین استفاده از کنستانتره‌های مغذی تمیز مشتق شده از سرم از محل کل سرم‌های حیوانی برای کشت سلولی است.[4]
تعدادی از سلول‌ها مانند سلول‌های موجود در جریان خون می‌توانند بدون هیچ اتصالی به سطح در سوسپانسیون رشد کنند. همچنین برخی از لاین‌های سلولی تغییریافته قادر هستند که در کشت‌های سوسپانسیون زنده بمانند. سلول‌های چسبنده، به منظور این که رشد کنند باید به سطحی مانند پلاستیک کشت بافت یا میکروکریر (ریزحامل) متصل شوند. این سطوح ممکن است به منظور افزایش ویژگی اتصال و فراهم‌سازی مواد لازم برای رشد و تمایز، با اجزای ماتریکس خارج سلولی (مانند کلاژن و لامینین) آرایش یافته باشند. بیشتر سلول‌های مشتق شده از بافت‌های جامد، چسبنده هستند.
کاربردهای کشت سلول
کشت توده‌ای لاین‌های سلول حیوانی اساس تولید واکسن‌های حیاتی و دیگر محصولات زیست فناوری هستند. کشت سلول‌های بنیادی به منظور افزایش تعداد سلول‌ها و تمایز آن‌ها به انواع مختلف سلول‌های سوماتیک برای پیوند انجام می‌شود.[5]
همچنین از سلول‌های بنیادی مولکول‌ها و اگزوزوم‌هایی آزاد می‌شوند که در درمان بیماری‌ها کاربرد دارند. استفاده از این مولکول‌ها و اگزوزوم‌ها یکی دیگر از اهداف کشت سلول‌های بنیادی است.[6] آنزیم‌ها، هورمون‌های مصنوعی، زیست ایمن‌ها (آنتی‌بادی‌های مونوکلونال، اینترلوکین‌ها، لنفوسیت‌ها) و عناصر ضدسرطان همگی از محصولات زیستی اند که به وسیلهٔ فناوری دی ان ای نوترکیب و با کشت سلول‌های حیوانی بدست آمده‌اند.
با این که بسیاری از پروتئینهای ساده می‌توانند از طریق rDNA در کشت‌های باکتریایی تولید شوند، در حال حاضر بیشتر پروتئینهای پیچیده که نیازمند گلیکوزیلاسیون هستند در سلول‌های حیوانی ساخته می‌شوند. یک مثال مهم از چنین پروتئینهای پیچیده‌ای اریتروپویتین است. هزینه رشد کشت سلول‌های حیوانی زیاد است بنابراین تحقیقات حاضر بدنبال تولید چنین پروتئینهای پیچیده‌ای در سلول‌های حشرات و گیاهان عالی هستند.
کشت یاخته‌های جانوری
برای کشت یاخته‌های جانوری از محیط کشت ویژه‌ای استفاده می‌شود. معمولاً یاخته‌های جانوری را در دمای ۳۷ درجه سانتیگراد و در انکوباتورهای دی‌اکسید کربن‌دار کشت می‌دهند.
کشت یاخته‌های جانوری باید در محیط کاملاً گندزدوده‌شده انجام شود. چون رشد یاخته‌های جانوری بسیار کندتر از رشد باکتریها و مخمرها است و امکان آلودگی وجود دارد. برای جلوگیری از رشد باکتریها گاهی از آنتی‌بیوتیکهایی مانند پنیسیلین، استرپتومایسین یا جنتامایسین استفاده می‌شود. محیط‌های کشت اختصاصی برای رشد یاخته‌های مشخص نیز وجود دارد. مانند محیط کشتی که در آن فقط هپاتوسیت‌ها رشد می‌کنند یا محیط کشت‌هایی که فقط یاخته‌های عصبی که تقسیم نمی‌شوند، می‌توانند زنده بمانند.
برای اینکه یاخته‌ها در محیط کشت به خوبی تکثیر یابند، لازم است تراکم آنه در محیط کشت کم باشد. برای این منظور باید هر چند وقت یکبار، یاخته‌ها را به محیط کشت‌های تازه جابجا کرد. در صورتی‌که تراکم یاخته‌ها بالا رود، بعلت ممانعت تماسی تکثیر یاخته‌ها متوقف شده و یاخته‌ها وارد مرحله تمایز می‌شوند.
یاخته‌ها از نظر نحوهٔ کشت یافتن در محیط کشت به دو دسته تقسیم می‌شوند:
- ۱- یاخته‌های وابسته به بستر (به انگلیسی:Anchorage dependent): این یاخته‌ها برای اینکه بتوانند تکثیر شوند، باید به سطحی متصل شده باشند. این یاخته‌ها بر روی محیط کشت آنقدر تکثیر می‌شوند تا به صورت تک لایه، تمام سطح محیط کشت را فرا گیرند. پس از آن بعلت اثر فرایند ممانعت تماسی تکثیر یاخته‌ها، متوقف می‌شود. یاخته‌های تراریختشده بعلت اینکه پروتئینهای سطحی خود (که در ممانعت تماسی نقش دارند) را از دست داده‌اند، می‌توانند به صورت چند لایه رشد کنند.
- برای کشت یاخته‌های وابسته به بستر، به بسترهای خاصی نیاز است. شیشه بعلت دارا بودن بار منفی بهترین سطح برای اتصال یاخته‌ها است. از سطوح پلاستیکی (دارای بار مثبت)، در صورتی‌که به کمک اشعه‌های یونیزه‌کننده، بار زدایی شوند نیز می‌توان استفاده کرد. یاخته‌ها به کمک پروتئینهای سطحی خود مانند: اینتگرین‌ها، فیبرونکتین، کلاژن و لامینین به این سطوح متصل می‌شوند.
- یاخته‌های وابسته به بستر را همچنین می‌توان بر روی سطوح معلق کشت داد. برای این منظور گاهی از گلوله‌های کلاژن، پلی استایرن، سفادکس، ژلاتین یا پلی اکریل آمید، به عنوان سطحی برای اتصال یاخته‌ها استفاده می‌شود. این گلوله‌ها در محیط کشت مایع معلق می‌شوند.
- برای اینکه یاخته‌ها بهتر به سطوح متصل شوند، می‌توان این سطوح را با کلاژن، فیبرونکتین، پرونکتین، انتاکتین، هپاران سولفات و.. پوشاند. همچنین می‌توان برای رشد اختصاصی یاخته‌ها از مواد خاصی استفاده کرد. برای مثال برای رشد اختصاصی کوندروسیت‌ها از کوندرونکتین استفاده می‌شود.
- ۲- یاخته‌های غیروابسته به بستر (Anchorage Independent): این یاخته‌ها برای تکثیر و زنده ماندن لازم نیست قبلاً به سطحی متصل شده باشند. مانند یاخته‌های بنیادی هپاتوسیتی یا رده‌های یاخته‌های تراریخته‌شده.
منابع
- 1. "Some landmarks in the development of tissue and cell culture". Retrieved 2006-04-19.
- 2. ^ "Cell Culture". Retrieved 2006-04-19.
- 3. "Post - Blog | Boval BioSolutions, LLC". bovalco.com. Retrieved 2014-12-02.
- 4. "LipiMAX purified lipoprotein solution from bovine serum". Selborne Biological Services. 2006. Retrieved 2010-02-02.
- 5. Qiana L, Saltzman WM (2004) "Improving the expansion and neuronal differentiation of mesenchymal stem cells through culture surface modification." Biomaterials 25: 1331-1337.
- 6. Maguire G (2016) Therapeutics from Adult Stem Cells and the Hype Curve. ACS Med. Chem. Lett. 7 (5): 441–44
- Culture of Animal Cells. 3rd ed. R.Ian Frenshney 1994 ,Wiley-Liss
| نمای کلی |
| ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| مهندسی |
| ||||||
| |||||||
