Культуры клеток и тканей

План:

1. Введение 
2. Культуры клеток и тканей
3. Методы культивирование вирусов
4. Вирусологические методы исследования
5. Заключение
6. Список используемой литературы

Введение

Культивирование клеток представляет собой процесс, посредством которого in vitro отдельные клетки (или единственная клетка) прокариот и эукариот искусственно выращиваются в контролируемых условиях. На практике термин «культура клеток» относится в основном к выращиванию клеток, относящихся к одной ткани, полученных от многоклеточных эукариот, чаще всего животных. Историческое развитие технологии и методик выращивания культур клеток неразрывно связаны с выращиванием тканевых культур и целых органов.

Культура тканей — способ вегетативного размножения растений.

На питательную среду помещается немного клеток образовательной  ткани. Клетки начинают делиться, и  вскоре молодое растение можно высаживать в грунт. По сути дела это клонирование. Так можно разводить однолетники, а также ценные Орхидные.

Культуры вирусов выращивают на культурах клеток млекопитающих, растений, грибов или бактерий, в зависимости  от природного хозяина конкретного  типа вирусов. Но при некоторых условиях могут быть выращены и в клетках другого типа.

В этом случае культура клеток сама служит средой для роста и репликации вируса. 

1.      Культуры клеток и тканей

Культура клеток и тканей, метод  сохранения в жизнеспособном состоянии  клеток, участков тканей, органов или  их частей вне организма. Во 2-й пол. 19 в. развитие микробиологии, прежде всего медицинской (необходимость выделения и изучения микробов, вызывающих инфекционные болезни), а также производств, основанных на процессах брожения (виноделие и др.), привело к созданию методов культивирования клеток бактерий, дрожжей и других микроорганизмов, т. е. методов их выделения, выращивания, размножения и сохранения в искусственных условиях. Были разработаны составы жидких и твёрдых питательных сред, методы, обеспечивающие их стерильность, способы выращивания чистых культур, состоящих из клеток одного вида, и т. д. К сер. 20 в. было освоено культивирование микроорганизмов в промышленных масштабах.

Первые опыты по выращиванию  клеток и тканей животных вне организма  были сделаны в нач. 20 в. Дальнейшее совершенствование метода шло параллельно успехам цитологии, биохимии, генетики, эмбриологии, молекулярной биологии. Его возможности возросли после того, как научились получать изолированные клетки из различных животных тканей (путём их обработки специальными ферментами, растворяющими межклеточное вещество и разрушающими межклеточные контакты) и выяснили потребности разных клеток в гормонах, факторах роста и др. веществах, вносимых в искусственные питательные среды. Очевидные преимущества работы с генетически однородными клетками и тканями в контролируемых условиях вне организма по сравнению с проведением исследований на целых организмах сделали этот метод одним из наиболее универсальных в биологии. Столь же плодотворным оказалось его применение в медицине и при решении ряда задач сельского хозяйства и биотехнологии.

Клеточные и тканевые культуры использовались для изучения закономерностей митоза и числа клеточных циклов (делений) у клеток разных типов и выяснения  в связи с этим «запрограммированности» процесса старения, для изучения механизмов клеточной дифференцировки, формирования специализированных тканей и органов, а также (при совместном культивировании) влияния друг на друга клеток разных типов. Культура клеток и тканей растений появилась позднее – в 1958 г., но уже всего через 6 лет из единственной клетки, извлечённой из корня моркови, удалось в условиях культуры вырастить целое растение с дифференцированными тканями и органами. Это направление широко применяется в селекции и биотехнологии.

Совместное культивирование клеток разных линий (клонов) привело к рождению нового важного раздела в экспериментальной  биологии – генетики соматических клеток и прежде всего метода гибридизации соматических клеток.

Клеточные и тканевые культуры позволяют  исследовать такие важные для  медицины проблемы, как перерождение нормальных клеток в опухолевые, всесторонне  изучать их свойства, чувствительность клеток к физическим и химическим факторам, в т. ч. к лекарствам, а  также определять потенциальную  мутагенность и канцерогенно-сти этих факторов, т. е. их способность вызывать мутации и опухоли. Разработка методов длительного культивирования позволяет формировать банки клеточных линий, обладающих определёнными генетическими и биохимическими свойствами. На этой основе создаются методы криоконсервации (от греч. «криос» – холод) – сохранение в условиях глубокого охлаждения клеток, тканей и органов для трансплантации (пересадки), в качестве резервного генофонда редких и исчезающих биологических видов, а также для других целей. С кон. 20 в. стали возникать банки, в которых хранятся замороженные стволовые клетки, используемые для лечения самых различных болезней и травм.

Клеточные культуры служат также удобными объектами для изучения тканевой несовместимости и других иммунных реакций. Они используются в диагностике  вирусов и для получения вакцин. Таким образом, культура клеток и  тканей применяется для решения  как фундаментальных теоретических  проблем (таких, напр., как клеточная  дифференцировка), так и различных  практических задач, особенно в области  медицины. Этот метод – неотъемлемая составная часть генной инженерии, клеточной инженерии, клонирования и других направлений экспериментальной  биологии.

2.      Методы культивирование вирусов

Для культивирования вирусов используют ряд методов. Это культивирование  в организме экспериментальных  животных, развивающихся куриных  вибрионах и культурах тканей (чаще — эмбриональные ткани или  опухолевые клетки). Для выращивания  клеток тканевых культур используют многокомпонентные питательные  среды (среда 199, среда Игла и др.). Они содержат индикатор измерения  рН среды и антибиотики для подавления возможного бактериального загрязнения.

Культуры тканей могут быть переживающими, в которых жизнеспособность клеток удается сохранить лишь временно, и растущими, в которых клетки не только сохраняют жизнедеятельность, но и активно делятся.

В роллерных культурах клетки ткани фиксированы на плотной основе (стекло) — чаще в один слой (однослойные), а в суспензированных —взвешены в жидкой среде. По количеству пассажей, выдерживаемых растущей культурой тканей, среди них различают:

 
• первичные (первично-трипсинизированные) культуры тканей, которые выдерживают не более 5—10 пассажей; 
• полуперевиваемые культуры тканей, которые поддерживаются не более чем в 100 генерациях; 
• перевиваемые культуры тканей, которые поддерживаются в течение неопределенно длительного срока в многочисленных генерациях. 
Чаще всего используются однослойные первично-перевиваемые и перевиваемые тканевые культуры.

О размножении вирусов в культуре ткани можно судить по ци-топатическому действию (ЦПД): 
• деструкции клеток; 
• изменению их морфологии; 
• формированию многоядерных симпластов или синтиция в результате слияния клеток. 
• в клетках культуры ткани при размножении вирусов могут образовываться включения — структуры, не свойственные нормальным клеткам.

Включения выявляются в окрашенных по Романовскому-Гимзе мазках из зараженных клеток. Они бывают эозинофильные и базофильные. 
По локализации в клетке различают: 
• цитоплазматические; 
• ядерные; 
• смешанные включения.

Характерные ядерные включения  формируются в клетках, зараженных вирусами герпеса (тельца Каудри), цитомегалии и полиомы, аденовирусами, а цитоплазматические включения — вирусами оспы (тельца Гварниери и Пашена), бешенства (тельца Бабеша-Негри) и др.

О размножении вирусов в культуре ткани также можно судить по методу «бляшек» (негативных колоний). При культивировании вирусов в клеточном монослое под агаровым покрытием на месте пораженных клеток образуются зоны деструкции моносом — так называемые стерильные пятна, или бляшки. Это дает возможность не только определить число вирионов в 1 мл среды (считается, что одна бляшка является потомством одного вириона), но и дифференцировать вирусы между собой по феномену бляшкообразования. 
Следующим методом, позволяющим судить о размножении вирусов (только гемагглютинирующих) в культуре ткани, можно считать реакцию гемадсорбции.

При культивировании вирусов, обладающих гемагглютжирующей активностью, может происходить избыточный синтез гемагглютининов. Эти молекулы экспрессируются на поверхности клеток культуры ткани, и клетки культуры ткани приобретают способность адсорбировать на себе эритроциты — феномен гемадсорбции.

Молекулы гемагглютинина накапливаются  и в среде культивирования, это  приводит к тому, что культуральная жидкость (в ней накапливаются новые вирионы) приобретет способность вызывать гемагглютинацию. 
Наиболее распространенным методом оценки размножения вирусов в культуре ткани является метод «цветной пробы».

При размножении в питательной  среде с индикатором незараженных 
клеток культуры ткани вследствие образования кислых продуктов метаболизма она изменяет свой цвет. При репродукции вируса нормальный метаболизм клеток нарушается, кислые продукты не образуются, среда сохраняет исходный цвет.

3.      Вирусологические методы исследования

Методы изучения биологии вирусов  и их идентификации. В вирусологии  широко используются методы молекулярной биологии, с помощью которых удалось  установить молекулярную структуру  вирусных частиц, способы проникновения  их в клетку и особенности репродукции  вирусов, первичной структуры вирусных нуклеиновых кислот и белков. Развиваются  методы определения последовательности составляющих элементов вирусных нуклеиновых  кислот и аминокислот белка. Появляется возможность связать функции  нуклеиновых кислот и кодируемых ими белков с последовательностью  нуклеотидов и установить причины  внутриклеточных процессов, играющих важную роль в патогенезе вирусной инфекции.

Вирусологические методы исследования основаны также на иммунологических процессах (взаимодействие антигена с  антителами), биологических свойствах  вируса (способность к гемагглютинации, гемолизу, ферментативная активность), особенностях взаимодействия вируса с  клеткой-хозяином (характер цитопатического эффекта, образование внутриклеточных включений и т.д.).

В диагностике вирусных инфекций, при культивировании, выделении  и идентификации вирусов, а также  при получении вакцинных препаратов широко применяют метод культуры ткани и клеток. Используют первичные, вторичные, стабильные перевиваемые и  диплоидные клеточные культуры. Первичные  культуры получают при диспергировании  ткани протеолитическими ферментами (трипсином, коллагеназой). Источником клеток могут быть ткани и органы (чаще почки) эмбрионов человека и животных. Суспензию клеток в питательной среде помещают в так называемые матрацы, бутыли или чашки Петри, где после прикрепления к поверхности сосуда клетки начинают размножаться. Для заражения вирусами используют обычно клеточный монослой. Питательную жидкость сливают, вносят вирусную суспензию в определенных разведениях и после контакта с клетками добавляют свежую питательную среду, обычно без сыворотки.

Клетки большинства первичных  культур могут быть пересеяны, такая  культура называется вторичной. При  дальнейшем пассировании клеток формируется популяция фибробластоподобных клеток, способных к быстрому размножению, большая часть которых сохраняет исходный набор хромосом.

Это так называемые диплоидные клетки. При серийном культивировании клеток получают стабильные перевиваемые клеточные  культуры. При пассажах появляются быстро делящиеся однородные клетки с гетероплоидным набором хромосом. Стабильные линии клеток могут быть однослойными и суспензионными. Однослойные культуры растут в виде сплошного слоя на поверхности стекла, суспензионные — в виде суспензий в различных сосудах с использованием перемешивающих устройств. Существует более 400 линий клеток, полученных от 40 различных видов животных (в т.ч. от приматов, птиц, рептилий, амфибий, рыб, насекомых) и человека.

В искусственных питательных средах можно культивировать кусочки отдельных  органов и тканей (органные культуры). Эти типы культур сохраняют структуру  ткани, что особенно важно для  выделения и пассирования вирусов, которые не репродуцируются в недифференцированных тканевых культурах (например, коронавирусы).

В зараженных клеточных культурах  вирусы можно обнаружить по изменению  морфологии клеток, цитопатическому действию, которое может иметь специфический характер, появлению включений, путем определения вирусных антигенов в клетке и в культуральной жидкости; установления биологических свойств вирусного потомства в культуральной жидкости и титрования вирусов в культуре ткани, куриных эмбрионах или на чувствительных животных; путем выявления отдельных вирусных нуклеиновых кислот в клетках методом молекулярной гибридизации или скоплений нуклеиновых кислот цитохимическим методом с помощью люминесцентной микроскопии.

Заключение.

Для количественного накопления вирусов  наиболее удобную систему представляют культуры клеток. Первые попытки культивирования  клеток животных вне организма относятся  к концу прошлого столетия. Эти  отрывочные наблюдения указывали на возможность сохранения жизнеспособности тканей и клеток в искусственных условиях и положили начало глубоким научным исследованиям тканевых культур.

Большая заслуга в деле paзработки методов культивирования тканей принадлежит Каррелю Он впервые доказал возможность размножения клеток животных в искусственных условиях и тем самым продемонстрировал их «бессмертность» и сходство с одноклеточными свободноживущими организмами. Значительных успехов в этом направлении достигла группа исследователей под руководством Эрла. Они первые получили рост большого числа клеток на стекле и в жидкой перемешиваемой суспензии. Появление антибиотиков и успехи в создании искусственных питательных сред открыли новую эру в развитии методов тканевых культур.

Тканевые  культуры давно нашли применение для решения различных вопросов биологии и медицины. Однако лишь успехи в области вирусологии, достигнутые с помощью тканевых культур, явились мощным стимулом их развития до современного уровня.