Biología Celular
Cultivos
Biología en el Laboratorio: Cultivo Celular
📚🔍🔬¡Hola Lectores, Lectoras y Estudiantes!🔬📚🔍
En esta ocasión voy a hablar de como se hace biología en el laboratorio. Desde hace años las células de mamíferos humanos y no humanos, plantas e insectos pueden cultivarse y utilizarse como modelos para estudiar diferentes fenómenos fisiológicos, producir moléculas, probar efectos de moléculas, hacer experimentos genéticos, probar cosméticos entre otras cosas.
Me enfocaré en el cultivo de células eucariotas, los cultivos bacterianos pertenecen a otra rama de la Biología, la Microbiología y como todo...es también un campo inmenso de estudio.
O sea, ¿que una célula puede cultivarse? ¿plantarse como una semilla? Bueno, algo así. Necesitamos un laboratorio y equipamiento, pero sí, puede sembrarse y replicarse.
⌛ Comencemos.
¿A que llamamos cultivo celular?
Se distinguen cuatro tipos de cultivo celular:
Cultivo de órganos
Explantos
Cultivo primario (células disociadas) y Cultivo de líneas celulares
Cultivos organotípicos
Cultivo de órganos
Para llevar a cabo este proceso, se retira un órgano y se coloca sobre una rejilla situada en una interfase líquido-gas de un medio de cultivo. El órgano sembrado obtiene del medio los nutrientes y allí que puede liberar los desechos.
Este tipo de cultivo
preserva la arquitectura característica del tejido “in vivo”.
Se conservan las características histológicas permitiendo mantener los tipos celulares diferenciados, por lo que representan un buen modelo del tejido de origen.
Sin embargo, cuando hablamos de células tan diferenciadas es esperable que no crezcan mucho (la proliferación celular se limita a
las células embrionarias de la periferia) y no se pueden propagar.
¿Por qué?
Recordemos que cuando una célula se diferencia y compromete genéticamente, es decir, silencia genes y expresa otros característicos del tejido, este compromiso involucra un "esfuerzo" para la célula.
Este esfuerzo es un gasto energético que hace que sea muy difícil revertir el estado diferenciado para volver a ser una célula del tipo embrionario. No es imposible, pero requiere mucho trabajo.
Además, los reactivos y materiales para lograr revertir el estado diferenciado (suelen llamarse células pluripotentes inducidas) es muy costoso, y siempre hay que evaluar cual es el objetivo del ensayo y si vale la pena.
Por lo tanto, muchas veces es más práctico obtener un nuevo explanto para realizar el experimento.
Ventajas y desventajas del cultivo de órganos
Figura 1. Microscopio invertido para observar células y tejidos en cultivo
Explantos
Para lograr este tipo de cultivo se coloca un fragmento de tejido o de órgano en la interfase sólido-líquido de un soporte de vidrio o de plástico. Las células se adhieren a la superficie y las células de la periferia del explanto pueden migrar y proliferar por la superficie del soporte.
Figura 2. Ejemplo de un cultivo celular a partir de un explanto vegetal.
Cultivo Primario (células disociadas)
Para realizar esta técnica de cultivo, debemos partir de una muestra del tejido de interés. Por ejemplo, una fracción de tejido nervioso. A continuación, este tejido debe "desarmarse" para obtener células individuales.
El tejido en cuestión, puede disgregarse mediante el uso de métodos enzimáticos (utilizando tripsina o papaína por dar algunos ejemplos) o mecánicos. En estos cultivos se pierden las uniones célula-célula y las interacciones de la célula con la matriz extracelular.
Sin embargo, las células son capaces de proliferar y la población celular crece notablemente (cabe destacar que aquí podemos llegar a tener más de un tipo de célula, por lo que será necesario agregar aditivos al medio para seleccionar las células de interés).
Cuando las células se han multiplicado de tal forma que ocupan toda la superficie disponible se dice que han alcanzado la confluencia. En esta etapa, las células establecen contactos entre ellas que inhiben su proliferación y el crecimiento se detiene (inhibición por contacto). Por eso, al cabo de un tiempo hay que transplantar las células a un nuevo soporte. Esta operación se denomina subcultivo, pasaje o repique.
Podemos distinguir dos tipos de cultivo celular primario
• En monocapa: las células crecen adheridas sobre un soporte sólido (sustrato) de plástico o vidrio. El anclaje al sustrato es fundamental para la proliferación celular. Las células se anclan a la superficie mediante moléculas de adhesión. La myoria d ela células pueden cultivarse así con excepción de las hematopoyéticas.
• En suspensión: las células se encuentran dispersas en el medio de cultivo. Su crecimiento no depende del anclaje. Este tipo de cultivo se restringe a las células hematopoyéticas, células madre, líneas celulares y tumorales. Alcanzan la confluencia cuando el número de células es grande y su proliferación se inhibe por contacto y los nutrientes son insuficientes.
Subcultivos y líneas celulares:
¿Qué es un subcultivo?
Las células del cultivo primario en monocapa se dispersan por métodos enzimáticos (por ejemplo, utilizando tripsina que disrumpe las uniones célula-célula y célula-sustrato) y se pasan a un nuevo frasco de cultivo. Esto es un subcultivo.
Los sucesivos pasajes así formados se denominan una línea celular primaria. La formación de una línea celular a partir de un cultivo primario implica que:
🔬 Aumenta el número de células obtenidas.
🔬 Recordemos que si hay células de diferente tipo, predominarán aquellas que tienen mayor tasa de crecimiento o por selección del tipo celular mediante factores agregados al mediod e cultivo.
🔬 La población celular tiende a hacerse uniforme y homogénea.
🔬 Las características del tipo celular se conservan durante las sucesivas generaciones.
Normalmente, las líneas celulares primarias tienen una vida finita que, según el tipo de célula, se puede prolongar entre 20 y 100 generaciones (o pasajes). Superado ese límite, las células entran en una etapa que se denomina senescencia en la que pierden su capacidad de proliferar (supuestamente por el acortamiento de los telómeros) y mueren. Este tipo de cultivo suele conservar el número de cromosomas sin aberraciones.
Líneas celulares inmortalizadas
Por otra parte, algunos tipos celulares (como las provenientes de roedores y las tumorales) evitan la senescencia y dan lugar a líneas celulares continuas (inmortalizadas), que crecen indefinidamente.
Estas células pueden surgir de forma espontánea (exposición a radiaciones ionizantes o a carcinógenos o inducida (infección vírica o transfección de ADN) y son el resultado de un cambio genotípico denominado transformación.
Las células transformadas poseen las siguientes características:
🔬 se dice que están inmortalizadas porque crecen indefinidamente.
🔬Se pierde la inhibición por contacto, la limitación de la densidad celular durante la proliferación y la dependencia del anclaje.
🔬Son genéticamente inestables, es decir, son heteroploides (varía el número de cromosomas) y presentan aberraciones cromosómicas.
En 1952 se obtuvo la primera línea celular continua humana. Son las denominadas células HeLa. Estas células fueron extraídas a partir de un tumor de cuello del útero de una paciente afroamericana que se llamaba Henrietta Lacks.
El siguiente cuadro hace una comparación de las características de un cultivo primario y una línea celular inmortalizada:
Cultivos histotípicos y organotípicos
Los cultivos histotípicos son cultivos de un solo tipo celular que consiguen alcanzar una elevada densidad celular. Los cultivos organotípicos constan de varios tipos celulares que interaccionan entre sí de una forma que intenta parecerse a la original.
El objetivo final de este tipo de cultivos es la creación “in vitro” de tejidos u órganos completamente funcionales que puedan ser utilizados en injertos o en transplantes. Los cultivos organotípicos constituyen la base de una nueva disciplina denominada ingeniería de tejidos.
¿Para qué se utilizan todos estos tipos de cultivos?
Los cultivos celulares se utilizan tanto en la investigación básica como en la ciencia aplicada. Además, una gran ventaja de los cultivos in vitro es la posibilidad de reducir el uso de animales de laboratorio y permitir una investigación libre de crueldad animal.
Por otra parte, resulta más económico disponer de cultivos celulares, que mantener bioterios y animales que requieren condiciones controladas para poder ser representativos de un estudio particular.
Los cultivos celulares permiten estudiar procesos tales como:
Actividad intracelular: transcripción de ADN, las síntesis de proteínas, el metabolismo energético, el ciclo celular, la diferenciación y la apoptosis entre otros.
Genómica y Proteómica: análisis genético, infección, transformación celular, inmortalización, senescencia, expresión génica o rutas metabólicas.
Funcionalidad celular y diferenciación, así como el estudio de las necesidades nutricionales y la cinética de la población celular.
Para sectores aún mas específicos, existen laboratorios con instalaciones para cultivos celulares enfocados en:
📚Virología: Cultivo de virus animales y de plantas, producción de vacunas y estudio proteínas virales.
📚Biotecnología: producción industrial de fármacos en biorreactores o producción de proteínas recomnbinantes (interferón, insulina, hormona de crecimiento, etc.)
📚 Farmacología: Efecto de diversos fármacos, interacciones con el receptor, fenómenos de resistencia, etc.
📚Ingeniería de tejidos: Producción de tejidos artificiales (piel, cartílagos) para el tratamiento de grandes quemados, injertos o autotransplantes, desdiferenciación y diferenciación inducida.
Figura 3. Esquema que ejemplifica diferentes tipos celulares interactuando. En este caso, células del sistema inmune.
Figura 4. Esquema de una célula con sus componentes intracelulares, los blanco de estudio de muchas investigaciones.
👀✌ Hasta aquí la presentación de hoy. Es un breve pantallazo de la biología celular aplicada en el labortaorio.
Referencias
Soy Licenciada en Ciencias Biológicas y tengo un PhD en Química Biológica. Escribo esta página basada en mi experiencia como docente e investigadora y utilizo fuentes de información confiables para la redacción de los artículos que dejo a continuación:
