ما هي زراعة الخلايا؟
زراعة الخلايا
تشير ثقافة الخلية إلى عملية نمو الخلايا في ظل ظروف خاضعة للرقابة خارج بيئتها الطبيعية. إنها أداة في المختبر تسهل فهم بيولوجيا الخلية وآليات المرض. كما أنه يلعب دورًا في اكتشاف الأدوية ، مثل اختبار سمية الأدوية ودراسات الحرائك الدوائية / الدوائية ، بالإضافة إلى الطب الشخصي.
طور عالم الأجنة الأمريكي روس جرانفيل هاريسون أول تقنيات زراعة الخلايا المختبرية في أوائل القرن العشرين ، عندما نجح في زراعة أجزاء من أجنة الضفادع في المختبر. اليوم ، ساعدت زراعة الخلايا في اكتشافات لا حصر لها ، مثل تطوير لقاحات ضد شلل الأطفال والحصبة والنكاف والأمراض المعدية الأخرى.
ثقافة الالتصاق والتعليق
هناك نظامان أساسيان لنمو الخلايا: الثقافة الملتصقة وثقافة التعليق. تزرع الثقافات الملتصقة على ركائز اصطناعية ، بينما تطفو الخلايا في الثقافات المعلقة بحرية في الوسط. بينما تنمو أنواع قليلة من الخلايا بشكل طبيعي في حالة تعليق (مثل الخلايا الليمفاوية) ، يمكن تكييف العديد من أنواع الخلايا الملتصقة مع ثقافة التعليق.
هناك سببان لاستنبات خلايا ملتصقة بشكل طبيعي في حالة تعليق. الميزة الأولى لمزرعة التعليق هي أن الخلايا أسهل في المرور لأنك لا تحتاج إلى فصلها إنزيميًا أو ميكانيكيًا عن وعاء الاستنبات. ثانيًا ، من السهل توسيع نطاق مزارع المعلق لأن نمو الخلايا يقتصر فقط على تركيزها في الوسط ، وليس بمساحة السطح المتاحة. يتمثل العيب الرئيسي لمزارع التعليق في أنها تتطلب تعدادًا يوميًا للخلايا ومقايسات الجدوى لمتابعة أنماط النمو ، في حين يمكن فحص الثقافات الملتصقة بسهولة تحت المجهر.
طرق ثنائية وثلاثية الأبعاد
يمكن تقسيم الثقافات الملتصقة إلى ثقافات ثنائية وثلاثية الأبعاد. في التطبيقات ثنائية الأبعاد ، تزرع الخلايا الملتصقة في نظام أحادي الطبقة على سطح مستو ، كما هو الحال في دورق زراعة الخلايا.
زراعة الخلايا
نظرًا لبساطتها ، لا يمكن للتقنية ثنائية الأبعاد محاكاة بيئة الخلايا في الجسم الحي ، والتي تنمو عادةً في هياكل ثلاثية الأبعاد مع تفاعلات معقدة من خلية إلى خلية. هذا هو السبب في إجراء بعض التجارب باستخدام ثقافات ثلاثية الأبعاد يمكن زراعتها باستخدام تقنيات قائمة على السقالات أو خالية من السقالات.
عادةً ما تتضمن الطرق ثلاثية الأبعاد القائمة على السقالة نمو الخلايا الملتصقة في سقالات هيدروجيل. تُستخدم أيضًا بدائل مثل السقالات الخزفية الحيوية أو المعدنية أو البوليمرية في بعض التطبيقات.
تُستخدم التقنيات الخالية من السقالات لتنمية الأجسام الشبه الكروية بإحدى الطرق الثلاث المختلفة:
تعويم إجباري: قم بتحميل تعليق الخلية في آبار صفيحة ميكروسكوبية مغلفة بالبوليمر منخفضة الالتزام. يتم بعد ذلك الطرد المركزي للصفيحة المجهرية لإجبار الخلايا على تكوين الأجسام الشبه الكروية.
إسقاط معلق: يتم تحميل تعليق الخلية في آبار لوحة إسقاط معلقة. كما يوحي الاسم ، سيتدلى التعليق على اللوحة كقطرات. سوف تتجمع الخلايا عند أطراف هذه القطرات وتشكل الكرات.
قائم على التحريض: يتم وضع تعليق الخلية في مفاعل حيوي دوار. بسبب التحريض المستمر ، كانت الخلايا غير قادرة على الالتصاق بالجدران ، وبالتالي تشكيل الأجسام الشبه الكروية.
تحدي ثقافة الخلية
على الرغم من الاختلافات في الأساليب والتقنيات ، فإن جميع التجارب تشترك في شيء واحد: من الصعب إنماء خلايا حية بالأعداد المطلوبة للحصول على نتائج قابلة للتكاثر. لذلك ، سيتم تخصيص الأقسام التالية لأربعة تحديات - التكرار والتلوث والجدوى والانتقال إلى الأتمتة.
قابلية اعادة الأنتاج
وفقًا لمسح أجرته Yongyue Medical ، أفاد أكثر من 70 بالمائة من العلماء أنهم فشلوا في إعادة إنتاج تجارب عالم آخر ، وفشل أكثر من نصفهم في إعادة إنتاج أعمالهم الخاصة. في فحوصات زراعة الخلايا ، تنشأ معظم مشاكل التكاثر من الاختلافات البيولوجية بين ممرات الخلية أو الأجيال. هناك مشكلة كبيرة أخرى وهي التحديد الخاطئ لخطوط الخلايا ، كما أن التناقضات في معايير الثقافة تلعب أيضًا دورًا مهمًا.
الاختلاف البيولوجي
عوامل مثل الطفرات العشوائية أو أخطاء النسخ لديها القدرة على التأثير على استنساخ التجارب في كل مرة تنقسم فيها الخلية. لتجنب ذلك ، يجب عليك إنشاء بنك خلوي في بداية مشروع جديد.
البنك الخلوي
تشير الخدمات المصرفية الخلوية إلى عملية تخزين مجموعات من أنواع خلايا معينة لاستخدامها لاحقًا لتجنب عوامل مثل الطفرات العشوائية أو أخطاء النسخ التي تؤثر على التكاثر. تتمثل الخطوة الأولى في إنشاء بنك خلايا رئيسي (MBC) من خلال زيادة الاهتمام بأنواع الخلايا المختارة بالثقافة وحفظها بالتبريد في حاويات متعددة. يتم إذابة تجميد دفعات MBC واستخدامها لاحقًا لإعداد بنوك الخلايا العاملة (WBCs).
خطأ في تحديد خطوط الخلايا
إن مشكلة التعرف الخاطئ على خط الخلية معروفة منذ الستينيات ، عندما وصف أحد العلماء تلوث خلية هيلا بـ19 سلالة أخرى من الخلايا البشرية. للتأكد من أن نتائجك موثوقة ، والأهم من ذلك ، أنك لا تتوصل إلى استنتاجات خاطئة ، يجب عليك عزل جميع خطوط الخلايا الجديدة التي تدخل المختبر حتى يتم التحقق من أصلها. الأهم من ذلك ، يوصى بإعادة تأهيل خط الخلية قبل الحفظ بالتبريد والتوزيع على المعامل الأخرى وبعد اكتمال المشروع. للتحقق من خط الخلية ، يجب عليك أولاً التحقق مما إذا كان مدرجًا في سجل خط الخلية الذي تم التعرف عليه بشكل خاطئ. إذا لم يتم تسجيله ، فلا تزال بحاجة إلى تأكيد أصالته. بالنسبة لخطوط الخلايا البشرية ، يوصى بتحليل التكرار الترادفي القصير (STR) (بصمة الحمض النووي). تتوفر مجموعة متنوعة من طرق الاختبار لخطوط الخلايا غير البشرية ، بما في ذلك التنميط النووي ، وتحليل الإنزيم المتساوي ، ونوع الحمض النووي للميتوكوندريا (تشفير الحمض النووي الشريطي).
معلمات الثقافة
العامل الثالث الذي يؤثر على التكاثر هو معلمات الثقافة.
على سبيل المثال ، يمكن أن تؤثر مستويات الأكسجين بشكل كبير على الخلايا المستنبتة. ومع ذلك ، فإن المتغيرات التي تؤثر على الأوكسجين ، مثل حجم الغرفة أو كثافة الخلية ، لا يتم توثيقها دائمًا وبالتالي لا يمكن الحفاظ عليها متسقة.
معلمة ثقافة مهمة أخرى هي الوسيط. يوفر هذا العناصر الغذائية الأساسية وعوامل النمو والهرمونات ، وينظم درجة الحموضة والضغط الاسموزي. لذلك ، فإن أهم شيء هو أن تكوينها هو نفسه دائمًا. هذا مهم بشكل خاص للتركيبات المتوسطة المكملة بمصل بقري الجنين (FBS) ، الذي يعتمد تكوينه على عوامل مثل النظام الغذائي للأبقار ، والموقع الجغرافي ، والوقت من العام. لتقليل تأثير FBS على استنساخ النتائج ، يجب عليك طلب مجموعات مختلفة من المصل عندما تبدأ المخزونات الحالية في الانخفاض واختبارها للعثور على أقرب تطابق. لكي يتمكن الآخرون من إعادة إنتاج نتائجك ، يجب عليك الإبلاغ عن كيفية فحصك للمصل وتسجيل رقم الدفعة.
زراعة الخلايا
معالجة الخلايا
يعرف معظم الباحثين أن معلمات الثقافة لها تأثير كبير على تطبيقاتهم ، ولكن غالبًا ما يتم التغاضي عن التغييرات في تقنيات المعالجة.
تلوث
عندما يتم عزل الخلايا من الأنسجة وتنمو في المختبر ، فإنها لم تعد محمية من قبل الجهاز المناعي ، وبالتالي فهي معرضة بشدة للتلوث.
المصدر الأول للتلوث هو الملوثات اللاأحيائية مثل الشوائب في وسط المزرعة أو المصل أو المكملات الغذائية أو الماء ، وكذلك السموم الداخلية والمواد المرتشحة. تشمل الاحتياطات استخدام المياه المختبرية لتجارب زراعة الخلايا ، والوسائط والمصل والمكملات والمواد الاستهلاكية من الشركات المصنعة التي تقدم شهادة اختبار السموم الداخلية. بالإضافة إلى ذلك ، يجب أن تكون المواد الاستهلاكية مصنوعة من البوليسترين البكر أو البولي بروبلين لضمان عدم تسرب المضافات البلاستيكية إلى ثقافة الخلية.
المصدر الثاني للتلوث هو الملوثات البيولوجية مثل البكتيريا (بما في ذلك الميكوبلازما) والفطريات والخميرة.
جدوى
تُعرَّف صلاحية الخلية بأنها نسبة الخلايا القابلة للحياة في العينة. بالإضافة إلى الملوثات التي رأيناها للتو ، هناك العديد من العوامل الأخرى التي تؤثر على حيوية الخلية. تعتبر الظروف البيئية - درجة الحرارة ، ودرجة الحموضة ، والضغط الاسموزي ، وتوافر المغذيات ، وتركيزات O2 و CO2 - مهمة للغاية. يتم التحكم في معظم هذه المتغيرات بواسطة الوسيط وهي خاصة بنوع الخلية ، مما يعني للأسف أنه لا يمكننا تقديم إرشادات محددة.
نظرًا لأن الخلايا حساسة جدًا للضغط ، يجب أن تنتبه ليس فقط للظروف البيئية ، ولكن أيضًا لتقنيات التعامل مع السوائل.
العامل الأخير الذي يؤثر على بقاء الخلية هو الشيخوخة. تعيش معظم سلالات الخلايا المحدودة من 20 إلى 60 قسمًا قبل أن تموت ، مما يعني أنه لا يمكن إعادة استخدامها إلا بين 15 و 45 جيلًا. بعد ذلك ، يجب إذابة العينة المحفوظة بالتبريد من بنك الخلايا. يمكن أن تتكاثر خطوط الخلايا المستمرة إلى أجل غير مسمى ، ولكن نظرًا لأنها عرضة للانحراف الجيني ، يجب استبدالها بانتظام.
يمكن استخدام فحوصات الكشف باستخدام طرق القياس اللوني والفلوروميتر والحيوي لقياس قابلية الخلية للحياة. طريقة قياس الألوان شائعة الاستخدام هي طريقة MTT ، والتي تعتمد على تقليل أملاح التترازوليوم الصفراء إلى بلورات فورمازان الأرجواني بواسطة الخلايا الحية.
96- لوحات البئر
أتمتة
يمكن معالجة العديد من التحديات الموضحة أعلاه عن طريق أتمتة سير عمل ثقافة الخلية. على سبيل المثال ، سيكون التعامل مع الخلايا دائمًا متسقًا ، مما يؤثر بشكل إيجابي على قابلية التكاثر والقدرة على البقاء. الأهم من ذلك ، أن الأتمتة تقلل من مخاطر تلوث المستخدم.
على الرغم من هذه المزايا ، يمكن أن تكون أتمتة عمليات سير العمل بأكملها صعبة بسبب أسباب الميزانية ، أو نقص مساحة الروبوتات ، أو بسبب عدم وجود موارد كافية لأتمتة كل خطوة والتحقق من صحتها في وقت واحد. لكن هذا يمكن حله!
