Клеточные технологии

В настоящее время методы клеточной биологии находят широкое применение в разных областях, как биологии, так и медицины. Их используют при решении таких общебиологических проблем, как выяснение механизмов дифференцировки и пролиферации, взаимодействия клеток со средой, адаптации, старения, биологической подвижности, злокачественной трансформации и др. Культуры клеток применяют для диагностики и лечения наследственных заболеваний, в качестве тест-объектов при испытании новых фармакологических веществ. Использование стволовых клеток для лечения наиболее распространенных и опасных заболеваний открывает широкие перспективы перед современной медициной, что, в свою очередь, окажет самое серьезное воздействие на облик медицины будущего.

Клетка -единица живого. Создание клеточной теории.

Клетка – это основной структурный элемент живых организмов животного и растительного происхождения. Любая клетка окружена оболочкой, мембраной, отделяющей ее от внешнего мира. Мембрана проницаема лишь избирательно - вход в клетку и выход из нее различных метаболитов и ионов находится под постоянным контролем мембранных систем. Все это обеспечивает создание в клетке своего, особого "микромира", который сохраняется почти неизменным при любых изменениях окружающей среды. Клетка - совершенная биоэнергетическая система. За счет создания разности потенциалов на мембране, превращений энергоемких соединений (АТФ) клетка вырабатывает энергию, необходимую для ее функционирования. Клетка - мощная информационная система, которая работает по единой согласованной программе, где все процессы взаимосвязаны, а также строго фиксированы в пространстве и времени.

Все организмы, имеющие клеточное строение, делятся на две группы: предъядерные (прокариоты) и ядерные (эукариоты). Клетки прокариот, к которым относятся бактерии, в отличие от эукариот, имеют относительно простое строение. В про-кариотической клетке нет организованного ядра, в ней содержится только одна хромосома, которая не отделена от остальной части клетки мембраной, а лежит непосредственно в цитоплазме. Однако в ней также записана вся наследственная информация бактериальной клетки.

Цитоплазма прокариот по сравнению с цитоплазмой эукариотических клеток значительно беднее по составу структур. Там находятся многочисленные более мелкие, чем в клетках эукариот, рибосомы. Функциональную роль митохондрий и хлоропластов в клетках прокариот выполняют специальные, довольно просто организованные мембранные складки.

Клетки прокариот, так же как и эукариотические клетки, покрыты плазматической мембраной, поверх которой располагается клеточная оболочка или слизистая капсула. Несмотря на относительную простоту, прокариоты являются типичными независимыми клетками.

По строению различные эукариотические клетки сходны. Но наряду со сходством между клетками организмов различных царств живой природы имеются заметные отличия. Они касаются как структурных, так и биохимических особенностей. Для растительной клетки характерно наличие различных пластид, крупной центральной вакуоли, которая иногда отодвигает ядро к периферии, а также расположенной снаружи плазматической мембраны клеточной стенки, состоящей из целлюлозы. В клетках высших растений в клеточном центре отсутствует центриоль, встречающаяся только у водорослей. Резервным питательным углеводом в клетках растений является крахмал.

В клетках животных отсутствует плотная клеточная стенка, нет пластид. Нет в животной клетке и центральной вакуоли. Центриоль характерна для клеточного центра животных клеток. Резервным углеводом в клетках животных является гликоген.

В середине XIX века была сформулирована клеточная теория (Шлейден, Шванн), которая впоследствии стала общепризнанной и послужила основой для науки о клетке (цитологии).

Клетка как объект научных исследований. История культирования.

Методики и подходы.

Культура ткани, культура клеток - метод, позволяющий сохранять жизнеспособность клетки и выращивать клетки, ткани, небольшие органы (или их части) животного, включая человека, или растения вне организма на/в питательной среде. Эту сохраняемую или выращиваемую часть выделяют из живого организма. Культура ткани применяется для фундаментальных исследований и практических тестов. Культура животных клеток представляют собой гомогенную популяцию генетически однородных клеток, растущих в постоянных условиях.

Представление о том, что клетки тканей животных можно выделить из организма и затем создать условия для роста и воспроизводства их in vitro возникла на базе концепции, принадлежащей Клоду Бернару. Позднее, в 1885 году, У. Ру показал возможность сохранения вне организма живых тканей на практике, а уже в 1897 г., Лёб поддерживал в жизнеспособном состоянии клетки крови и соединительной ткани в пробирках с сывороткой и плазмой крови. Впервые клоны клеток в культуре из одиночной клетки были получены Эрлом с сотрудниками в 1948 году. В настоящее время можно культивировать клетки практически всех тканей и органов человека, животных и растений.

Введение клеток в культуру, их происхождение. Характеристика клеток

культивируемых in vitro.

Культура, источником которой являются органы, эксплантаты или клетки, непосредственно извлеченные из организма (опухолевые клетки, образованные культивировавшимися клетками, введенными животным), называется первичной культурой. Пассированная культура - культура, подвергавшаяся переносу из одного сосуда в другой. Пассирование обеспечивает возможность продления существования культуры, возможность клонирования, исследования и сохранения свойств клеток. После нескольких пересевов линия клеток либо гибнет, либо трансформируется и становится постоянной клеточной линией. Клеточная линия - культура однородных клеток, происходящих чаще всего от одной родительской пары клеток, и обладающих определенными и относительно постоянными свойствами и характеристиками. Ограниченные клеточные линии живут определённоё количество пассажей, а потом культура отмирает. Ограниченная клеточная линия может также "трансформироваться " и превращаться в постоянную клеточную линию.

Нормальные клетки могут трансформироваться в постоянную линию, не становясь при этом злокачественными. Свойством "бессмертности" обладают в основном клетки, полученные из опухолей. Культуры, полученные из эмбриональных тканей, характеризуются лучшей выживаемостью и более активным ростом по сравнению с соответствующими зрелыми тканями. Получение первичных культур клеток взрослых тканей и их размножение является сложной задачей, продолжительность жизни таких культур, как правило, невелика.

Изменение ростовых свойств культивируемых клеток называется трансформацией. Трансформация — наследуемое (необратимое) изменение свойств культивируемых клеток, вызванное известными факторами, например, новым генетическим материалом, химическими агентами, облучением или неизвестными причинами. Трансформированные клетки способны расти в условиях, в которых геометрические характеристики, а именно отношение площади поверхности к объему менее благоприятны. Трансформация может быть или вирусной, или «спонтанной». Старение характерно для клеток, имеющих ограниченный потенциал пролиферации, то есть низкую плотность насыщения при идеальных условиях культивирования. Примером могут служить линии диплоидных клеток человека. Повышенная способность к росту трансформированных клеток означает, что трансформация преобладает над процессом старения. Известно, что феномен клеточного старения развивается по достижении клетками предела Хейфлика (Hayflick, Moorhead, 1961). Трансформированные клетки не имеют ограниченной продолжительности жизни, и это обусловливает их преимущество в биотехнологии.