세포의 배양(Culture)

세포와 조직의 배양은 기본적인 생리적 과정을 in vitro (생체외)에서 24시간 이상 유지할 수 있게 하는 복잡한 방법입니다. 세포 배양은 세포의 복합체이며, 시험관내에서 성장하고 조직으로 조직화되지 않는다. 조직 또는 기관의 배양은 그 구조 및 일부 기능을 보존하기 위해 배양된 임의의 조직 또는 기관을 나타냅니다.

4.1 세포 및 조직 배양의 역사

동물에서 분리된 살아있는 세포와 조직을 유지하는 첫 번째 실험은 19 세기 초에 수행되었습니다. 이러한 실험은 생체 내 시스템의 조건을 대체해야 하는 다양한 매체 (영양 솔루션)에서 조직 또는 기관을 세척하는 것에 근거합니다. 최초의 성공적인 배양은 1907년에 해리슨에 의해 보고되어 있어, 그는 응고된 개구리 혈장 상에서 오타마작시의 분리된 신경 조직을 몇 주간 유지했습니다. Carrel과 Burrows는 성체 포유동물로부터 분리된 조직과 세포를 배양하는 방법을 확립했습니다. 그들은 여러 세포 유형에 대한 배아 추출물의 성장 자극 효과를 실험적으로 입증했습니다. 이러한 실험에서 얻은 성과를 바탕으로 그들은 닭 응고 혈장과 혈청으로 구성된 배양 배지를 준비했습니다.
1920년대와 1940년대에 다양한 성체 동물의 조직에서 분리된 상피 세포가 성공적으로 배양되었습니다. 당시에는 연골 및 골세포 배양 방법 개발에 집중적으로 노력해 왔습니다.
중요한 목표는 마우스 조직으로부터 분리된 배양 섬유아세포의 관리이며, 이로써 시험관내 악성 형질전환에 성공하였습니다. 얼 박사는 동료들과 함께 이 세포들로부터 세포주를 확립했다. 그 후, 샌드포드는 작업 팀과 함께 이 세포주에서 첫 번째 세포 클론을 분리했다. 1952 년 게이 박사는 인간 악성 조직에서 영구 HeLa 세포주를 수립했으며 여전히 생물 의학 현장에서 사용되고 있습니다.
1960년대와 1970년대에는 악성 질환 환자의 생체 광학 물질로부터 분리된 악성 세포의 장기 in vitro 배양을 가능하게 하는 특수한 배양 기술이 도입되기 시작했습니다. 현재, 많은 양의 영구 인간 세포주가 유지되고 있습니다. 이 기간 동안 세포 유전학에서 사용되는 많은 방법도 개발되었습니다. 지난 10 년 동안 세포 배양 기술은 주로 새로운 생물 의학 분야 인 조직 공학에서 인공 조직 또는 인간 장기의 일부의 시험 관내 준비를 향해 왔습니다. 이 맥락에서 다양한 종류의 세포를 배양하는 방법을 배워야 합니다. 이러한 방식으로 제작된 인공 조직은 대체 의학 및 재생 의학뿐만 아니라 3차원 모델로서 독성 실험에도 사용할 수 있으며, 다양한 화학물질의 잠재적인 독성 시험에 이용할 수 있습니다.
최근 과학적 관심의 대부분은 배아 줄기세포 및 성체 줄기세포의 배양을 향하고 있다. 이들은 장기적인 자기 복제가 가능한 미분화 세포이며 다른 세포 유형으로 분화할 수 있습니다. 줄기세포는 평생 동안 생물체에 존재합니다. 그들은 배아 형성과 조직 재생에 중요한 역할을 합니다.

 

세포의 배양

4.2 배양 세포의 생물학

시험관내 조건에서 세포 생물학은 생체내(생물체) 조건과 비교할 수 없습니다. 배양된 세포는 보통 다른 표현형을 갖습니다. 그들은 형태학적으로나 생화학적으로 생체내 세포로부터 분화되고 조직의 불균일성이 낮고 3차 원성이 없기 때문에 세포 간 및 세포와 세포 외 매트릭스의 접촉이 최소화됩니다. 

배양 세포에 대한 배양 환경의 영향은 다음과 같이 요약할 수 있습니다.
· 세포가 성장하는 기질의 특징 (배양 플라스크의 표면, 반고체 겔, 현탁 배양 중 용액 등).
· 다른 세포와의 접촉 정도.
· 배지의 조성(무기염, 아미노산, 호르몬, 성장인자, 분화인자 등).
• 배양 시스템 내의 가스 함량(CO2, O2 등).
• 인큐베이션 온도.

시험관내 조건 하에서 성장을 개시하기 위해서는 고체 조직으로부터 단리 된 대부분의 세포가 배양 기질에 부착될 필요가 있습니다(33도). 원래 이러한 목적을 위해, 부분적으로 음의 표면 전하를 갖는 유리 배양 플라스크가 사용되어 왔고 현재 다양한 플라스틱 플라스크(폴리스티렌, 폴리프로필렌 등)가 사용되고 있습니다. 기질에 대한 세포의 부착은 세포 외 기질에서 발견되는 분자의 특이적인 표면 수용체에 의해 확실하게 수행됩니다. 따라서 종종 플라스크의 표면은 콜라겐과 피브로넥틴과 같은 여러 세포 외 기질 성분으로 덮여 있습니다. 기질 또는 다른 세포에 접착 세포를 제공하는 3 개의 주요 trans-membrane 단백질이 있습니다. 세포와 세포가 접촉하면 Ca2+에 의존하지 않는 분자가 제공됩니다.
(CAM) 및 cadherin (Ca2+ 의존성 분자). 세포와 기질의 상호작용은 콜라겐, 피브로넥틴, 안타인, 라미닌의 수용체인 인테그린에 의해 제공된다. 마지막 그룹은 막 관통 프로테오글리칸으로 구성됩니다. 이것은 세포와 세포 간 매트릭스 사이의 상호 작용도 제공합니다.
프로테아제에 의한 조직의 분해와 기질로부터의 세포의 방출은 상호작용을 중단시킵니다. 프로테아제의 최종 농도와 노출 시간은 조직 또는 배양 세포의 유형에 따라 다릅니다. 한편, 2차 계대 후 기질에 재접착하는 동안, 단백질은 배양 세포 자체에 의해 합성되거나 합성 단백질이 도입된 코팅된 배양 플라스크를 사용해야 합니다.
배양 세포의 카메라 관찰은 접착 세포가 기판 위로 이동할 수 있음을 입증했습니다. 가장 빠른 세포는 결합 조직 세포, 즉 저밀도로 배양된 섬유아세포입니다. 다른 세포에 도달한 특정 순간에 반대 방향으로 이동하기 시작합니다. 컨플루언트까지 성장하면 세포가 이동을 멈추고 접촉 억제가 일어나 세포 분열을 멈추게 됩니다. 유사한 이동은 근아세포와 상피 세포에서도 볼 수 있지만, 합류 후 세포는 미세 환경에 따라 분화될 수 있고 상피 세포의 경우, 이동은 다른 세포와 접촉한 직후에 정지합니다

시험관내에서 배양된 세포는 분화될 수 있지만 높은 세포 밀도, 세포 상호 작용, 분화 인자의 존재와 같은 조건을 충족해야 합니다. 이러한 이유로 다양한 3차원 배양 시스템이 개발되어 왔다. 가장 일반적으로 사용되는 배양물은 원심분리에 의해 제조된 거대응집 배양물입니다. 또한, 세포는 천연 또는 합성 생체 물질 상에서 배양될 수 있습니다. 시험관내 분화에 대한 주요 영향은 배지의 조성(호르몬, 성장 인자 및 분화 인자 함량 등)입니다.
배양 세포 생물학에서 또 다른 독특한 현상은 탈분화 과정입니다.
시험관내 조건에 있는 많은 세포는 원래 생물학적 및 생화학적 특성을 잃습니다. 이것은 그들이 존재하는 미세 환경의 변화 때문입니다 (예 : 3차원 손실, 세포 간 상호 작용 부족, 호르몬 부족 등). 이 과정은 적절한 재배 시스템을 사용하여 완전히 또는 부분적으로 줄일 수 있습니다.
성장, 이동, 분화, 세포 사멸은 다양한 신호 분자 (예 : 내분비 조절, 방분비 조절, 자가 분비 조절)를 통해 세포 상호 작용과 세포 외 기질에 의해 생체 내에서 조절됩니다. 시험관내 조건 하에서, 이전 과정은 오토클린 및 파라크린 조절에 의해서만 제어되고, 세포 및 조직 배양의 사용이 제한된다. 이 때문에 다양한 외인성 인자(호르몬, 분화 인자 등)가 풍부하게 포함된 특수 배지가 사용됩니다.
배양 세포의 생물학에서 마지막 중요한 요소는 에너지 대사입니다. 대부분의 배양 시스템에서, 주요 에너지원은 혐기성 해당과정이며, 대기 중 산소가 없어도 작동한다. 탄소의 주요 공급원은 포도당입니다. 이것은 거의 모든 문화 미디어의 일부입니다. 해당과 클렙스 회로도 활성 상태를 유지합니다.