LOCUL, IMPORTANTA SI PERSPECTIVELE DOMENIULUI CULTURII DE CELULE ANIMALE IN CADRUL BIOTEHNOLOGIILOR MODERNE

Locul, importanta si perspectivele domeniului culturii de celule animale in cadrul biotehnologiilor moderne

Ross Granville Harrison (1907) este primul cercetator care a propus o tematica de studiu in acest domeniu, fiind considerat parintele si fondatorul unei noi stiinte, cea a culturii de celule animale. El este cel care a propus tehnica de cultura in picatura in suspensie (fig.1).

Fig. 1. Schema culturii de tesut animal in suspensie (Harrison, 1907)

Majoritatea cercetarilor au fost realizate pe explante din tesutul embrionar de broasca (animal cu sange rece, deci care nu necesita conditii de incubare). Scopul acestor demersuri l-a reprezentat studiul celulelor in absenta variatiilor sistemice determinate de unitatea tisulara atat in conditii normale cat si in conditii de stres. Tehnica presupunea de fapt cultura unor tesuturi nedisociate si avea ca rezultat migrarea unui numar redus de celule din cadrul fragmentului tisular pe de o parte si aparitia unor noi mitoze ocazionale, pe de alta parte.

Timp de peste 50 de ani s-a vorbit despre culturi de tesuturi si nu despre culturi de celule, cu toate ca dezvoltarea domeniului a fost expansiva, iar utilizarea celulelor dispersate devenise uzuala inca din deceniul al VI-lea. In timp, s-a ajuns la definirea unor termeni si implicit la delimitarea unor subdomenii:

cultura de celule - este notiunea care defineste mentinerea si/sau multiplicarea in vitro a celulelor dispersate care intra in contact direct cu mediul de cultura;

cultura de tesuturi - se refera la mentinerea in vitro a structurilor tridimensionale a unui tesut nedezagregat; implica insa in contextul cursului si notiunea de culturi de organe (organe integre sau fragmente reprezentative mentinute in cultura, pastrandu-se astfel distributia numerica si spatiala a celulelor componente), cultura histotipica (reasocierea spontana a celulelor cultivate in structuri tridimensionale), cultura organotipica (recombinarea in vitro a liniilor celulare specifice unui organ in vederea recrearii acestuia numeric si spatial sau a functiilor lui).

Burrows a adus imbunatatiri acestei tehnici prin introducerea culturilor in plasma sangvina, mai eficienta pentru cultura in vitro a celulelor provenite de la animale cu sange cald. Dificultatea majora a constat insa in evitarea contaminarii (sau chiar a cros-contaminarii).

Scurt istoric al culturilor de celule animale

- un secol de fundamentari -

     in 1885, Roux reuseste mentinerea in cultura (in mediu salin) a celulelor deviate din embrion de pasare.

     in 1897, Loeb demonstreaza capacitatea celulelor sangvine de a supravietui in ser sau plasma in vitro.

     in 1907, se naste ca stiinta cultura de celule animale prin experientele lui Harrison, iar Burrows ii perfectioneaza tehnica.

     in 1913, Carrel defineste si utilizeaza tehnici strict aseptice, reusind astfel sa prelungeasca viata celulelor in culturi, iar in 1923 apar si primele flacoane destinate special culturilor celulare care ii poarta numele.

     in anii , descoperirea si apoi utilizarea penicilinei si streptomicinei conduce la cresterea eficientei culturilor de celule animale prin reducerea contaminarii.

     in 1948, Earle izoleaza fibroblaste L de soarece care in cultura au format clone clare pornind de la o singura celula.

     in 1949, Enders cultiva si studiaza in vitro virusul polio-uman pe culturi de celule embrionare umane.

     in 1952, Gey izoleaza prima linie celulara continua dintr-o tumora (carcinom) cervicala cunoscuta azi sub numele de HeLa (de la pacienta Henrietta Lach).

     in 1955, Eagle promoveaza primul mediu definit chimic in functie de necesarul de nutrienti pentru culturile de celule.

     in 1965, Ham introduce pentru prima data un mediu de cultura fara ser, capabil sa sustina cresterea unor tipuri de celule in vitro.

     in 1970, Sato stabileste bazele obtinerii unor medii lipsite de ser din cocktailuri de hormoni si factori de crestere.

     in 1975, Kohler si Milstein produc pentru prima data hibridoma (celule hibride din culturi celulare B), capabila de a secreta anticorpi monoclonali (produs al clonelor celulare B).

     in 1982, se produce pe cale biotehnologica insulina umana.

     in 1985, hormonul uman al cresterii (STH) produs de bacterii recombinate este acceptat in scop terapeutic.

Studiile fundamentale realizabile prin utilizarea culturilor celulare la diferite nivele de organizare

1. Activitatea intracelulara

Sinteza proteinelor

Transcriptia si replicarea ADN-ului

Metabolismul energetic

Maturarea gametilor

Diviziunea celulara

2. Fluxul intracelular

Migrarea ARNm in citoplasma

Translocatia si functionarea complexelor de receptori hormonali

Fluctuatia continutului in metaboliti

3. Ecologie

Nutritia si excretia celulara

Mecanismul infectiilor

Transformari induse viral sau chimic

Actiunea substantelor medicamentoase

Raspunsul la stimuli externi

Secretia de produsi specializati

4. Interactiunea intercelulara

Inducerea embriogenezei

Cinetica populatiei celulare

Aderenta intercelulara

Domenii si discipline ce beneficiaza de dezvoltarea stiintei culturilor de celule animale

1. Oncologia prin studiul dezvoltarii tumorilor maligne in linii celulare maligne stabile (ex. HeLa); prin studiul efectelor agentilor fizici, chimici, etc., asupra tumorilor.
2. Microbiologia prin posibilitatea obtinerii anticorpilor monoclonali; cultivarea virusurilor.
3. Genetica moleculara si ingineria genetica prin posibilitatea analizei genetice a celulelor somatice animale si umane; prin aplicarea manipularilor genetice in vederea obtinerii unor produse (insulina, hormoni de crestere, etc.).
4. Imunologia prin studiul in linii celulare a componentelor tesutului hematopoetic; prin studiul mecanismului de actiune al anticorpilor.
5. Medicina prin studiul arterosclerozei prin culturi de celule endoteliale din capilare; prin analiza celulelor obtinute prin amniocenteza in vederea evidentierii problemelor genetice sau virale la fetusi; terapia celulara.