El cultivo celular depende en gran medida de las condiciones. Varían para cada tipo de célula, pero suelen consistir en un recipiente adecuado con un sustrato o medio que aporta los nutrientes necesarios (aminoácidos, hidratos de carbono, vitaminas, minerales), factores de crecimiento, hormonas y gases (CO2, O2) y regula la fisico -ambiente químico.(tampón pH, presión osmótica, temperatura). La mayoría de las células requieren una superficie o sustrato artificial (cultivo adhesivo o monocapa), mientras que otras pueden propagarse libremente en un medio de cultivo (cultivo en suspensión). La vida útil de la mayoría de las células está determinada genéticamente, pero algunos cultivos celulares se han transformado en células inmortales que se reproducirán indefinidamente si se crean las condiciones óptimas.
Definición
Sla definición aquí es bastante simple. En la práctica, el término "cultivo celular" ahora se refiere al cultivo de células derivadas de eucariotas multicelulares, especialmente células animales, a diferencia de otros tipos de cultivo. El desarrollo histórico y los métodos de cultivo están estrechamente relacionados con el cultivo de tejidos y el cultivo de órganos. El cultivo de virus también se asocia con células como huéspedes de virus.
Historia
Las técnicas de laboratorio para obtener y cultivar células separadas de la fuente de tejido original se hicieron más sólidas a mediados del siglo XX. Los principales avances en esta área fueron realizados por científicos de la Universidad de Yale.
Avance de mediados de siglo
Originalmente, la obtención y cultivo de células se practicaba para encontrar una panacea para muchos virus peligrosos. Varios investigadores han descubierto que muchas cepas de virus pueden vivir, prosperar y multiplicarse de forma segura en células animales cultivadas artificialmente o incluso en órganos completos que se mantienen de forma autónoma en frascos especiales. Como regla general, para tales pruebas se utilizan células de órganos de animales que están lo más cerca posible de los humanos, por ejemplo, primates superiores como los chimpancés. Todos estos descubrimientos se realizaron en la década de 1940, cuando los experimentos con personas eran más relevantes por ciertas razones.
Metodología
Las células se pueden aislar de tejidos para cultivo ex vivo de varias maneras. Se pueden eliminar fácilmente de la sangre, pero solo los glóbulos blancos son capaces de crecer en cultivo. Las células puedenaislarse de los tejidos sólidos mediante la digestión de la matriz extracelular utilizando enzimas como la colagenasa, la tripsina o la pronasa antes de agitar el tejido para liberar las células en suspensión. Alternativamente, se pueden colocar trozos de tejido en medios de crecimiento y las células que crecen están disponibles para el cultivo. Este método se conoce como cultivo de explantes.
Las células que se cultivan directamente del sujeto se conocen como células primarias. Con la excepción de algunos derivados de tumores, la mayoría de los cultivos de células primarias tienen una vida útil limitada.
Inmortales y células madre
Una línea celular establecida o inmortalizada ha adquirido la capacidad de reproducirse indefinidamente, ya sea mediante una mutación aleatoria o una modificación deliberada, como la expresión artificial del gen de la telomerasa. Numerosas líneas celulares son bien conocidas como tipos celulares típicos.
El cultivo masivo de líneas celulares animales es fundamental para la producción de vacunas virales y otros productos biotecnológicos. El cultivo de células madre humanas se usa para expandir su número y diferenciar las células en diferentes tipos adecuados para el trasplante. El cultivo de células (troncales) humanas también se utiliza para recolectar moléculas y exosomas liberados por las células madre con fines terapéuticos.
Conexión con la genética
Los productos biológicos producidos por tecnología de ADN recombinante (ADNr) en cultivos animales incluyenenzimas, hormonas sintéticas, agentes inmunobiológicos (anticuerpos monoclonales, interleucinas, linfocinas) y anticancerígenos. Si bien se pueden producir muchas proteínas más simples usando ADNr en cultivos bacterianos, actualmente se deben producir proteínas más complejas glicosiladas (modificadas por carbohidratos) en células animales.
Un ejemplo importante de una proteína tan compleja es la hormona eritropoyetina. Los costos de cultivar cultivos de células de mamíferos son altos, por lo que se está investigando para crear proteínas tan complejas en células de insectos o en plantas superiores. El uso de células embrionarias individuales y embriones somáticos como fuente de transferencia directa de genes mediante bombardeo de partículas, expresión de genes transitorios y microscopía confocal es una de sus aplicaciones. El cultivo de células vegetales es la forma más común de esta práctica.
Cultivos de tejidos
El cultivo de tejidos es el cultivo de tejidos o células separadas de un organismo. Este proceso generalmente se facilita utilizando un medio de crecimiento líquido, semisólido o sólido, como caldo o agar. El cultivo de tejidos generalmente se refiere al cultivo de células y tejidos animales, y el término más específico se usa para plantas, células vegetales y cultivo de tejidos. El término "cultivo de tejidos" fue acuñado por el patólogo estadounidense Montrose Thomas Burroughs.
Historia del cultivo de tejidos
En 1885, Wilhelm Roux extrajo una sección de la medularplacas de feto de pollo y lo mantuvieron en una solución salina tibia durante varios días, estableciendo el principio básico del cultivo de tejidos. En 1907, el zoólogo Ross Granville Harrison demostró el crecimiento de células embrionarias de rana que darían lugar a células nerviosas en la linfa coagulada. En 1913, E. Steinhardt, C. Israel y R. A. Lambert cultivaron el virus vaccinia en fragmentos de tejido de cuerno de cobayo. Ya era algo mucho más avanzado que el cultivo de células vegetales.
Del pasado al futuro
Gotlieb Haberlandt fue el primero en señalar la posibilidad de cultivar tejidos vegetales aislados. Sugirió que este método podría determinar las capacidades de las células individuales a través del cultivo de tejidos, así como la influencia mutua de los tejidos entre sí. A medida que se realizaron las afirmaciones originales de Haberland, las técnicas de cultivo de tejidos y células comenzaron a aplicarse activamente, lo que condujo a nuevos descubrimientos en biología y medicina. Su idea original, presentada en 1902, se denominó totipotencialidad: "Teóricamente, todas las células vegetales son capaces de producir una planta completa". El cultivo de cultivos celulares en ese momento avanzó dramáticamente.
En el uso moderno, el cultivo de tejidos generalmente se refiere al crecimiento de células a partir del tejido de un organismo multicelular in vitro. Las condiciones del cultivo celular no son muy importantes en este caso. Estas células pueden aislarse de un organismo donante, células primarias o una línea celular inmortalizada. Las células se lavanun medio de cultivo que contiene los nutrientes y las fuentes de energía necesarias para su supervivencia. El término "cultivo de tejidos" a menudo se usa indistintamente con cultivo celular.
Solicitud
El significado literal de cultivo de tejidos se refiere al cultivo de piezas de tejido, es decir, cultivo de explantes.
El cultivo de tejidos es una herramienta importante para estudiar la biología de las células de los organismos multicelulares. Proporciona un modelo de tejido in vitro en un entorno bien definido que se puede manipular y analizar fácilmente.
En el cultivo de tejidos animales, las células se pueden cultivar como monocapas 2D (cultivo convencional) o dentro de andamios fibrosos o geles para lograr estructuras similares a tejidos 3D más naturales (cultivo 3D). Eric Simon, en un informe de subvención NIH SBIR de 1988, demostró que el electrohilado podría usarse para producir andamios de fibra de polímero a escala nanométrica y submicrométrica diseñados específicamente para su uso como sustratos de células y tejidos in vitro.
Este uso temprano de rejillas de fibra eléctricamente conductoras para el cultivo celular y la ingeniería de tejidos demostró que diferentes tipos de células se adherían y proliferaban en las fibras de policarbonato. Se ha observado que, en contraste con la morfología aplanada que normalmente se ve en el cultivo 2D, las células cultivadas en fibras de cables eléctricos exhiben una morfología 3D más redondeada que se ve típicamente en los tejidos in vivo.
Culturael tejido vegetal, en particular, se asocia con el cultivo de plantas enteras a partir de pequeños fragmentos de fibras vegetales cultivadas en un medio.
Diferencias en los modelos
La investigación en ingeniería de tejidos, células madre y biología molecular implica principalmente el cultivo de células en platos planos de plástico. Este método se conoce como cultivo celular bidimensional (2D) y fue desarrollado por primera vez por Wilhelm Roux, quien en 1885 extrajo parte de la placa medular de un pollo embrionario y la mantuvo en solución salina tibia durante varios días en vidrio plano.
A partir del avance de la tecnología de polímeros, ha surgido la moderna placa de plástico estándar para el cultivo de células bidimensionales, comúnmente conocida como placa de Petri. Julius Richard Petri, un bacteriólogo alemán, generalmente acreditado en la literatura científica como el inventor de este invento, trabajó como asistente de Robert Koch. Hoy en día, varios investigadores también utilizan matraces de cultivo, conos e incluso bolsas desechables como las que se utilizan en los biorreactores desechables.
Además del cultivo de líneas celulares inmortalizadas bien establecidas, las células de explantes primarios de muchos organismos pueden cultivarse durante un período de tiempo limitado hasta que se produzca la susceptibilidad. Las células primarias cultivadas se han utilizado ampliamente en la investigación, como en el caso de los queratocitos de peces en los estudios de migración celular. Los medios de cultivo celular se pueden utilizar en la mayoríadiferente.
Los cultivos de células vegetales generalmente se cultivan como cultivos de suspensión celular en medios líquidos o en cultivos de callos en medios sólidos. El cultivo de callos y células vegetales indiferenciadas requiere un equilibrio adecuado de las hormonas de crecimiento vegetal auxina y citoquinina.
