Цели культивирования, способы их достижения и возможные проблемы.

Для разных целей требуются разные “типы” клеток. Например, для синтеза двух разных органов одному организму потребуются разные типы исходных клеток.
Сравнивая эти типы клеток сразу найдется целый ряд отличий. Можно было бы предположить, что у разных органов разные функции, поэтому они и различаются. Так и есть. Однако, напрашивается вопрос: как и почему одна клетка становится например нейроном, а другая частью мышечной ткани?
Объяснение этому процессу лежит внутри клетки. Основным фактором разделения клеток служат определенные градиенты. Градиентами чаще всего служат иРНК (информационная/матричная РНК).

Градиент - закономерное изменение морфологических или функциональных свойств по одному из признаков на любой стадии его развития.

Разумеется, при выращивании даже самых простых биологических материалов возникает целый ряд трудностей, зачастую весьма дорогостоящих, что приводит к нерентабельному производству, что в свою очередь снижает объемы продукции, поэтому перед учеными стоит очень важный вопрос: как снизить себестоимость выпускаемой продукции, будь то вирусная культура (например, вакцина), или будь то искусственный орган для имплантации.
На сегодняшний день известны несколько клеточных культур, выращивание которых наиболее просто и наименее дорого:

1. В первую очередь, это опухолевые клетки. У них нет лимита делений, у них наибольшая скорость деления, у них нет интерфазы и т.д.

> Опухолевые клетки можно использовать в качестве чистого материала для исследования воздействия лекарственных препаратов на вирус возбудитель. Также облученные линии опухолевых клеток вводят в тело больного в процессе лечения, считается, что воздействие облученных определенным образом клеток способно нести эффект опухолевых антигенов.

2. Также, помимо опухолевых клеток, есть и другие типы клеток, способные жить почти бесконечно долго. А именно клетки почки собаки (MDCK) и фибропласты (3T3).

3. Далее идут клетки, поддающиеся культивации, однако с наибольшими затратами: клетки кости и хряща, мышечные клетки, эпителиальные клетки, нервные клетки, эндокринные клетки.

 

Как было сказано ранее, у опухолевых клеток есть ряд особенностей, обуславливающих успешный рост культуры, однако некоторые аналогичные функции можно встретить и у других клеток. Поэтому возникает вопрос: “Какую культуру выбрать: опухолевую или нормальную?

 

 

Преимущества типов клеток

Нормальная клетка	Опухолевая клетка
В основном культуры с ограниченным временем жизни	Большинство линий клеток бессмертны
Полиферация ограничена размерами посуды	Абсолютно неограниченная пролиферация клеток

> Пролиферация - процесс увеличения размера ткани путем увеличения количества клеток.

Разумеется, для выращивания разных видов и типов клеток требуются разные условия. Например, питательные среды:

> Для определения типа питательной среды нужно определить два фактора: тип культуры и планируемые исследования.

1. При выращивании культуры нейронов, мышечных клеток и некоторых эпителиальных клеток пластиковая поверхность покрывается желатином или коллагеном для придания ей положительного заряда.

2. Почти повсеместное распространение получил полистирол, обработанный таким образом, чтобы увеличить смачиваемость и придать поверхности отрицательный заряд.

Также немаловажное значение имеет посуда, в которой выращиваются клетки:

Главными факторами выбора посуды являются: требуемое количество клеток, требуемое количество слоев, порядок отбора образцов:

1. Чашки Петри довольно дешевы, удобны для окрашивания и сепарации клеток, однако весьма велик шанс заражения культуры и требуется особая концентрация веществ в воздухе.

2. Флаконы дороже Чашек Петри, зато герметичны, что не требует поддержания особого состава воздуха.

3. Также возможный параметр подбора посуды - объем планируемой культуры.

Транспортировка

При самостоятельной покупке клеточной культуры стоит помнить, что длительная транспортировка клеток происходит в замороженном состоянии, а именно в жидком азоте.

При перемещении культуры клетки могут легко повредиться, а также стоит постоянно поддерживать водный и воздушный баланс. Также не стоит перемещать культуру в не до конца заполненном клетками сосуде. В общем, перемещение культуры в не замороженном состоянии возможно только на совсем небольшие расстояния.

 

Проблемы при использовании метода:

 

Одной из главных проблем, с которой сталкивается метод культуры тканей - это материальная проблема. Процесс выращивания клеточных культур крайне сложен, дорогостоящ и трудоемок.
Помимо этого, при использовании любого метода по замене органов и тканей имеется риск в “неудачности” операции. Когда-то пациентам сообщили, что если вероятность успеха, однако они слепо верят в эту вероятность, совершенно не думая о плачевности неудачной операции.

Одной из решаемых проблем является неоднородность белков у пациента и клеточной культуры, что проявлялось в отторжении органа. Как уже сказано, объясняется это тем, что организм реципиента отвечает на трансплантат иммунологической реакцией. Эта реакция направлена на защиту от биологически инородных тел. Именно поэтому против любых чужеродных белков, в том числе против белков трансплантата, образуются антитела. Поиски путей преодоления тканевой несовместимости ведутся в следующих направлениях:

 

1. воздействие на трансплантат;

2. воздействие на реципиента;

На сегодняшний день попытки воздействия на трансплантат не дают должного результата, и единственным возможным путем являются способы снижения активности иммунитета на пациента.

В настоящее время существует ряд искусственных органов, не требующие борьбы с тканевой несовместимостью. Причиной этому служит само создание органа из белков пациента. Количество таких органов постоянно растет, однако зачастую выращивание такого органа может быть невозможно, из-за нехватки того или иного материала тканей самого пациента.

 

Приложение

Практическое применение

Метод культуры тканей активно используются в научных исследованиях для выяснения и доказательства многих вопросов теоретической и практической биологии и медицины.

Так, с помощью культуры тканей были детально изучены все стадии митоза. Этот метод был использован также для изучения дифференцировки клеток во время эмбрионального развития органов млекопитающих и птиц.

Культуры тканей используются для решения многих вопросов цитологии, гистологии, эмбриологии, физиологии, онкологии. В тех случаях, когда у человека подозревается болезнь, связанная с нарушением числа хромосом, с диагностической целью культивируют клетки крови и в них подсчитывают число хромосом. Для решения проблем мутагенеза соматических клеток также используются тканевые культуры.

 

Цитология — раздел биологии, изучающий живые клетки, их органоиды, их строение, функционирование, процессы клеточного размножения, старения и смерти.

 

Гистология — раздел биологии, изучающий строение тканей живых организмов. В отличие от анатомии гистология изучает строение организма на тканевом уровне.

 

Эмбриология — это наука, изучающая развитие зародыша.

 

Физиология — наука о закономерностях функционирования и регуляции биологических систем разного уровня организации, о пределах нормы жизненных процессов и болезненных отклонений.

 

Онкология — раздел медицины, изучающий опухоли, их патогенез, механизмы и закономерности возникновения и развития, методы профилактики и лечения.

 

Патогенез — механизмы возникновения и развития болезни и отдельных её проявлений на различных уровнях организма.

С помощью метода культуры ткани создают вакцины против оспы, кори, полиомиелита. Также создаются лекарственные препараты ортосифона тычиночного, диоскореи дельтовидной, арника горного, различных видов раувольфии, женьшеня. Полученная культура женьшеня наиболее широко используется в парфюмерной промышленности, а культура раувольфина идет преимущественно на получение аймалина.

 

Аймалин - медицинский препарат, обладающий противоаритмической активностью (сердечной).

 

Недавно учеными были выращены «in vitro” такие части тела, как кость, сердечную мышцу, ткань головного мозга (нейроны), капиллярные сосуды, клетки печени, мочевой пузырь (первый полноценный орган), роговицу глаза, зуб, . Также, по некоторым источникам, удалось вырастить эмбрион человека, с использованием этого метода, однако точных доказательств этого нет. В любом случае это не будет законным, т. к. любые эксперименты с клонированием человека запрещены во всем мире.

 

 

 

Заключение

На сегодняшний день существует масса вакцин и лекарственных средств, основанных на методе культивирования тканей. Именно благодаря этому методу удалось подавить множество болезней. Например, полиомиелит был “побежден” благодаря вакцине, созданной из чистого вирусного материала, полученного методом культивирования.
Метод культуры тканей на сегодняшний момент имеет широкое распространение в промышленном производстве вакцин и лекарственных препаратов, однако он почти не распространен в качестве метода по созданию организмов и органов. Основными причинами становятся трудность этого метода и этические устои, из-за которых многие не принимают этот метод как возможный. Однако, если учесть что этот метод уже неплохо развит, известен и экспериментально проверен, можно утверждать, что метод культуры тканей может получить еще более широкое распространение иже в ближайшем будущем.

 

Список литературы:

ñ Игл. Основы культуры тканей.

ñ Смолянинов А.Б. Клеточные и генные технологии в кардиологии. - СПб, 2009.

ñ Рувинский А.О. Общая биология: учебник для 10-11 классов. Профильный уровень. - М..: Издательство "Просвещение". 2008.

ñ Владимирская Е.Б. Биологические основы и перспективы терапии стволовыми клетками. М..Ж Медпрактика-М, 2005.

ñ Хенч Л., Джонс Д. МИР биологии и медицины: Биоматериалы, искусственные органы и инженеринг тканей. - М.: Техносфера, 2007