کشت سلولی چیست؟ | مراحل کشت سلول و کاربردهای آن
کشت سلول
کشت سلول فرآیندی تخصصی در زیست‌شناسی است که در آن سلول‌های زنده‌ی یوکاریوتی—اعم از انسانی، حیوانی یا گیاهی—در محیطی مصنوعی و کاملاً کنترل‌شده خارج از بدن (in vitro) رشد و تکثیر داده می‌شوند. این محیط کشت، ترکیبی از مواد مغذی، سرم، و فاکتورهای رشد بوده و شرایطی مشابه محیط طبیعی بدن از نظر دما، pH، و سطح گاز CO₂ را شبیه‌سازی می‌کند.
کشت سلولی ابزار اصلی در حوزه‌هایی نظیر تحقیقات سرطان، تولید داروهای نوترکیب، آزمایش واکسن، مهندسی بافت و ژن‌درمانی محسوب می‌شود. در مقابل، رشد سلول‌های پروکاریوتی مانند باکتری‌ها، در حوزه‌ی کشت میکروبی بررسی می‌شود که تفاوت‌های فنی و کاربردی زیادی با کشت سلول یوکاریوتی دارد.
تاریخچه این فرآیند به اوایل قرن بیستم بازمی‌گردد. اولین تلاش‌ها توسط روس هریسون در سال 1907 برای کشت سلول‌های عصبی قورباغه انجام شد. این پیشرفت اولیه راه را برای توسعه تکنیک‌های مدرن کشت سلولی باز کرد. از آن زمان تاکنون، ابزارها و روش‌های کشت سلولی به طرز چشمگیری پیشرفته‌تر شده‌اند.
کشت سلولی یکی از مهم ترین تکنیک ها در زیست شناسی سلولی و مولکولی است زیرا بستری را برای بررسی بیولوژی، بیوشیمی، فیزیولوژی (به عنوان مثال، پیری) و متابولیسم سلول های نوع وحشی و سلول های بیمار فراهم می کند.
مراحل کشت سلول
این فرآیند شامل چندین مرحله کلیدی است:
- جداسازی سلول‌ها: سلول‌ها از بافت‌های بدن جدا شده و از طریق آنزیم‌هایی مانند تریپسین یا کلاژناز به حالت تعلیق درمی‌آیند.
- انتقال به محیط کشت: سلول‌ها در ظروف کشت مانند فلاسک یا پتری‌دیش قرار گرفته و به محیط کشت حاوی مواد مغذی انتقال داده می‌شوند.
- نگهداری و پایش: سلول‌ها در دما و شرایط کنترل‌شده (معمولاً 37 درجه سانتیگراد و 5% CO₂) نگهداری و مرتباً بررسی می‌شوند.
- پاساژ دادن: برای جلوگیری از تجمع بیش از حد سلول‌ها و حفظ کیفیت رشد، سلول‌ها به ظرف جدیدی منتقل می‌شوند.
پاساژ سلول یا سلول پاساژ (Cell Passage) در علم زیست‌شناسی به فرآیند انتقال یا بازسازی سلول‌ها از یک ظرف به ظرف دیگر برای ادامه رشد و تکثیر آنها اشاره دارد. این عمل معمولاً در آزمایشگاههای زیست‌شناسی مولکولی و سلولی انجام می‌شود و هدف اصلی آن حفظ و افزایش تعداد سلول‌ها در شرایط کنترل‌شده است.
فرآیند پاساژ سلول:
انتخاب و جداسازی سلول‌ها: ابتدا از یک توده یا کشت سلولی، سلول‌ها به دقت جدا شده و به ظرف جدید منتقل می‌شوند.
رشد و تکثیر: در ظرف جدید، سلول‌ها در محیط کشت مناسب (که شامل مواد مغذی، هورمون‌ها، و گازهایی مانند CO2 است) قرار می‌گیرند و شروع به تکثیر و رشد می‌کنند.
پاساژ مجدد: پس از گذشت مدت زمانی، وقتی که سلول‌ها به تعداد زیادی رسیدند و فضای ظرف به طور کامل پر شد، آنها دوباره به ظرف‌های دیگر منتقل می‌شوند تا از شلوغی و تخریب سلول‌ها جلوگیری شود. این عمل به طور مکرر در طول زمان انجام می‌شود.
اهمیت پاساژ سلول‌ها:
حفظ سلامت و بقای سلول‌ها: پاساژ سلول‌ها به محققان این امکان را می‌دهد که سلول‌ها را در شرایط مناسب برای تکثیر و بقای بیشتر نگه دارند.
آزمایش‌های طولانی‌مدت: بعضی از آزمایش‌ها نیاز به کشت سلول‌ها برای مدت زمان طولانی دارند و برای انجام این آزمایش‌ها، سلول‌ها باید به طور مداوم پاساژ شوند.
کشت سلول‌های خاص: در تحقیقات علمی و درمانی، بعضی از سلول‌ها باید تحت شرایط خاصی تکثیر و رشد کنند. پاساژ سلول‌ها این امکان را فراهم می‌کند که این سلول‌ها تحت کنترل دقیق قرار بگیرند.
انواع کشت سلولی:
کشت سلول‌های اولیه: این سلول‌ها مستقیماً از بافت‌های موجودات زنده (مثلاً انسان یا حیوان) جدا می‌شوند و در آزمایشگاه کشت داده می‌شوند. این نوع کشت معمولاً به طور محدود قابل پاساژ است.
کشت سلول‌های پایدار (Cell Lines): این سلول‌ها معمولاً پس از گذشت چندین پاساژ از ویژگی‌های پایدار و خاصی برخوردار می‌شوند و می‌توانند برای مدت زمان طولانی تکثیر یابند. این سلول‌ها ممکن است به طور دائم در شرایط آزمایشگاهی کشت داده شوند.
نکات مهم در پاساژ سلول:
آلودگی: باید دقت زیادی در انتقال و نگهداری سلول‌ها به عمل آید تا از آلودگی سلول‌ها با باکتری‌ها، قارچ‌ها یا ویروس‌ها جلوگیری شود.
ظروف و تجهیزات: استفاده از تجهیزات استریل و ظروف مناسب برای پاساژ ضروری است.
شرایط محیطی: محیط کشت باید به دقت کنترل شود، از جمله دما، pH، اکسیژن و گاز CO2.
در نهایت، پاساژ سلول‌ها ابزاری حیاتی در تحقیقات زیست‌شناسی و پزشکی است که به دانشمندان این امکان را می‌دهد تا سلول‌ها را برای تحقیقات بیشتر و توسعه درمان‌های جدید استفاده کنند.
انواع کشت سلولی
بسته به نوع رشد سلول‌ها به دو دسته کلی تقسیم می‌شود:
- کشت دو‌بعدی (2D): در این نوع، سلول‌ها روی سطح صاف ظرف کشت رشد می‌کنند. این روش بیشتر در تحقیقات اولیه استفاده می‌شود.
- کشت سه‌بعدی (3D): سلول‌ها در محیطی سه‌بعدی مانند داربست‌های زیستی رشد می‌کنند که شباهت بیشتری به شرایط بدن دارد. این روش برای مطالعات پیچیده‌تر، مانند مهندسی بافت و مدل‌سازی تومورها، مناسب است.
کاربرد کشت سلولی در زیست شناسی سلولی و مولکولی چیست؟
یکی از ابزارهای اصلی مورد استفاده در زیست شناسی سلولی و مولکولی است که یک سیستم مدل عالی برای مطالعه فیزیولوژی طبیعی و بیوشیمی سلول ها(به عنوان مثال، مطالعات متابولیک، پیری)، اثرات داروها و ترکیبات سمی بر سلول ها، جهش زایی و سرطان زایی را فراهم می کند. همچنین در غربالگری و توسعه داروها و تولید در مقیاس بزرگ ترکیبات بیولوژیکی (به عنوان مثال، واکسن، درمان پروتئین ها) نیز استفاده می شود. مزیت اصلی استفاده از کشت سلولی برای هر یک از این کاربردها، سازگاری و تکرارپذیری نتایجی است که می‌توان با استفاده از یک مجموعه سلول های کلونال به دست آورد.
۱) سیستم مدل
به عنوان سیستم مدل برای مطالعه زیست شناسی سلولی و بیوشیمی پایه، مطالعه برهمکنش بین سلول و عوامل ایجاد کننده بیماری مانند باکتری، ویروس، برای مطالعه اثر داروها، مطالعه روند پیری و همچنین برای مطالعه محرک های پیری استفاده می شود.
۲) مطالعات سرطان
تفاوت اساسی بین سلول طبیعی و سلول سرطانی را می توان با استفاده از روش کشت سلول حیوانی بررسی کرد، زیرا هر دو سلول را می توان در آزمایشگاه کشت داد. سلول های طبیعی را می توان با استفاده از اشعه، مواد شیمیایی و ویروس ها به سلول های سرطانی تبدیل کرد. بنابراین مکانیسم و علت سرطان را می توان بررسی کرد. از این روش می توان برای تعیین داروهای موثر برای از بین بردن انتخابی سلول های سرطانی استفاده کرد.
۳) ویروس شناسی
برای تولید واکسن به جای حیوانات از کشت سلول های حیوانی برای تکثیر ویروس ها استفاده می شود. همچنین می توان از کشت سلولی برای شناسایی و جداسازی ویروس ها و همچنین برای مطالعه چرخه رشد و تکامل ویروس ها استفاده کرد. همچنین برای مطالعه نحوه عفونت استفاده می شود.
۴) تست سمیت
کشت سلولی حیوانی برای مطالعه اثرات داروهای جدید، لوازم آرایشی و مواد شیمیایی بر بقا و رشد تعدادی از انواع سلول ها استفاده می شود. به خصوص سلول های کبد و کلیه. از سلول های حیوانی کشت شده نیز برای تعیین حداکثر دوز مجاز داروهای جدید استفاده می شود.
۵) تولید واکسن
از سلول های حیوانی کشت شده در تولید ویروس ها استفاده می شود و از این ویروس ها برای تولید واکسن استفاده می شود. به عنوان مثال واکسن های بیماری های کشنده مانند فلج اطفال، هاری، آبله مرغان، سرخک و هپاتیت B با استفاده از کشت سلول های حیوانی تولید می شوند.
۶) پروتئین دستکاری شده ژنتیکی
کشت سلول های حیوانی برای تولید پروتئین های مهندسی ژنتیکی مهم تجاری مانند آنتی بادی های مونوکلونال، انسولین، هورمون ها و موارد دیگر استفاده می شود.
۷) بافت یا اندام جایگزین
از کشت سلولی حیوانی می توان به عنوان بافت یا اندام جایگزین استفاده کرد. به عنوان مثال می توان پوست مصنوعی را با استفاده از این روش برای درمان بیماران مبتلا به سوختگی و زخم تولید کرد. با این حال تحقیقات روی کشت اندام مصنوعی مانند کبد، کلیه و لوزالمعده در حال انجام است. تکنیک ها و تحقیقات کشت اندام بر روی کشت سلول های بنیادی جنینی و بالغ در حال انجام است. این سلول ها توانایی تمایز به انواع مختلف سلول ها و اندام ها را دارند. اعتقاد بر این است که با یادگیری کنترل رشد و تمایز این سلول ها می توان برای درمان انواع شرایط پزشکی استفاده کرد.
۸) مشاوره ژنتیک
کشت سلول های جنینی استخراج شده از زنان باردار می تواند برای مطالعه یا بررسی ناهنجاری های کروموزوم ها، ژن ها با استفاده از کاریوتایپینگ مورد استفاده قرار گیرد و این یافته ها می تواند در تشخیص زودهنگام اختلالات جنینی مورد استفاده قرار گیرد.
۹) مهندسی ژنتیک
از سلول های حیوانی به دست آمده می توان برای وارد کردن مواد ژنتیکی جدید مانند DNA یا RNA به سلول استفاده کرد. از این موارد می توان برای مطالعه بیان ژن های جدید و تأثیر آن بر سلامت سلول استفاده کرد. سلول‌های حشرات برای تولید پروتئین‌های مهم تجاری از طریق آلوده کردن آنها به باکولوویروس‌های تغییر یافته ژنتیکی استفاده می‌شوند.
۱۰) ژن درمانی
سلول های حیوانی کشت شده را می توان از نظر ژنتیکی تغییر داد و می توان از آنها در تکنیک ژن درمانی استفاده کرد. ابتدا سلول ها از بیمار فاقد ژن عملکردی یا سلولی که ژن عملکردی خود را از دست داده است، خارج می شوند. ژن های عملکردی در این سلول ها جایگزین ژن های غیرعملکردی می شوند و سلول های تغییر یافته در شرایط آزمایشگاهی کشت و رشد داده می شود.
تجهیزات و مواد پایه
تجهیزات خاص یک آزمایشگاه به نوع تحقیقات انجام شده بستگی دارد، به عنوان مثال، نیازهای آزمایشگاه کشت سلولی پستانداران که اختصاصی برای تحقیقات در زمینه ی سرطان با آزمایشگاه کشت سلولی حشرات که بر بیان پروتئین تمرکز دارد کاملاً متفاوت است. با این حال، همه آزمایشگاههای کشت سلولی یک هدف مشترک دارند: عاری بودن از میکروارگانیسم‌های بیماری‌زا.
تجهیزات اصلی در آزمایشگاه
- هود کشت سلولی (به عنوان مثال، هود با جریان آرام یا کابینت ایمنی زیستی)
- انکوباتور (انکوباتور CO2 دار)
- حمام آب
- سانتریفیوژ
- یخچال و فریزر (-20 درجه سانتیگراد)
- شمارنده سلولی (به عنوان مثال، شمارنده سلولی خودکار یا هماسیتومتر Countess®)
- میکروسکوپ معکوس
- ظروف فریزر یا انجماد نیتروژن مایع (N2).
- استریل کننده (به عنوان مثال، اتوکلاو)
تجهیزات توسعه یافته در آزمایشگاه
- پمپ آسپیراسیون (پریستالتیک یا خلاء)
- PH متر
- میکروسکوپ کانفوکال
- فلوسیتومتر
سایر لوازم در آزمایشگاه:
- ظروف کشت (مانند فلاسک ها، ظروف پتری، بطری های غلتکی، صفحات چند چاهی)
- پیپت و پیپتتور
- سرنگ و سوزن
- ظروف زباله
- محیط کشت، سرم ها و معرف ها
- سلول ها
علاوه بر تجهیزات فوق جهت انجام کشت علاوه بر خود محیط کشت به شش ماده اصلی نیاز است.
این شش ماده ی مورد استفاده شامل یک منبع کربن (به عنوان مثال، گلوکز)، سیستم بافر (به عنوان مثال، HEPES)، نشانگر pH (به عنوان مثال، فنل قرمز)،سرم، متابولیت ها، ویتامین ها ، مواد معدنی و آنتی بیوتیک ها می باشد.
برای استخراج DNA از سلول کشت داده شده به کیت استخراج DNA از بافت مراجعه بفرمایید.
پرسش های متداول یا FAQ
کشت سلول به چه معناست و در چه زمینه‌هایی کاربرد دارد؟
کشت سلول فرآیندی است که طی آن سلول‌ها خارج از بدن موجود زنده، در محیطی کنترل‌شده رشد داده می‌شوند. این تکنیک به طور گسترده در پژوهش‌های زیست‌شناسی سلولی، توسعه دارو، تولید واکسن و درمان‌های نوین مانند پزشکی بازساختی به کار می‌رود.
چه نوع‌هایی از کشت سلول وجود دارد و تفاوت‌های آنها چیست؟
کشت سلول به دو دسته اصلی تقسیم می‌شود: کشت سلول اولیه و کشت سلول خط سلولی. سلول‌های اولیه مستقیماً از بافت برداشت شده و عمر محدودی دارند، در حالی که خطوط سلولی می‌توانند بی‌نهایت تقسیم شوند و برای آزمایش‌های طولانی‌مدت مناسب‌ترند.
مراحل اصلی انجام کشت سلول در محیط آزمایشگاهی کدام‌اند؟
کشت سلول شامل مراحلی چون آماده‌سازی محیط کشت، جداسازی سلول‌ها، قرار دادن سلول‌ها در محیط کشت، انکوباسیون در شرایط کنترل‌شده و پایش رشد سلولی است. هر مرحله نیازمند دقت و رعایت اصول استریل است.
چه شرایطی برای رشد بهینه سلول‌ها در کشت سلولی لازم است؟
برای موفقیت در کشت سلول، تأمین دما، pH، رطوبت و میزان مناسب اکسیژن و دی‌اکسیدکربن اهمیت حیاتی دارد. همچنین ترکیب دقیق محیط کشت و جلوگیری از آلودگی نیز نقش کلیدی ایفا می‌کند.
کشت سلول در چه حوزه‌هایی از تحقیقات پزشکی مورد استفاده قرار می‌گیرد؟
از کشت سلول در زمینه‌های متعددی چون تحقیقات سرطان، ژن درمانی، غربالگری داروها، مطالعه بیماری‌های ژنتیکی و طراحی درمان‌های شخصی‌سازی‌شده استفاده می‌شود.
چه مشکلاتی ممکن است در فرآیند کشت سلول پیش بیاید و چگونه می‌توان آنها را برطرف کرد؟
آلودگی میکروبی، عدم رشد سلول‌ها، و تمایز ناخواسته از جمله مشکلات رایج هستند. استفاده از تکنیک‌های استریل دقیق، انتخاب صحیح محیط کشت و کنترل منظم شرایط انکوباسیون می‌تواند این مشکلات را به حداقل برساند.
برای انجام کشت سلول به چه تجهیزاتی نیاز است؟
تجهیزات پایه شامل هود لامینار، انکوباتور CO₂، میکروسکوپ، سانتریفیوژ، محیط‌های کشت آماده، پتری دیش و لوازم استریل نظیر پیپت و فلاسک کشت می‌شود.
کشت سلول اولیه و پایدار چه تفاوت‌هایی با یکدیگر دارند؟
کشت سلول اولیه، سلول‌های تازه استخراج‌شده از بافت را شامل می‌شود که ظرفیت تقسیم محدود دارند. در مقابل، خطوط سلولی پایدار از سلول‌هایی تشکیل شده‌اند که قابلیت تقسیم نامحدود دارند و در پروژه‌های بلندمدت تحقیقاتی ترجیح داده می‌شوند.
چگونه از کشت سلول در فرآیند تولید دارو استفاده می‌شود؟
کشت سلول‌ها امکان بررسی اثرات داروها بر سلول‌های انسانی یا حیوانی را در محیط کنترل‌شده فراهم می‌کند، که می‌تواند منجر به کشف داروهای جدید و کاهش نیاز به آزمایش‌های حیوانی شود.
چه نوع آلودگی‌هایی در کشت سلول ممکن است رخ دهد و چگونه می‌توان از آنها جلوگیری کرد؟
آلودگی‌های باکتریایی، قارچی و ویروسی از جمله تهدیدهای رایج هستند. استفاده از محیط‌های استریل، تجهیزات فیلترهوا، ضدعفونی‌کننده‌های مناسب و رعایت تکنیک‌های کار در هود لامینار از بروز آلودگی جلوگیری می‌کند.
یکی از مسائل مشترک و مهم در تمام آزمایشگاههای کشت سلولی چیست؟
مهم ترین مسئله در همه آزمایشگاههای کشت عاری بودن از میکروارگانیسم‌های بیماری زا است.
از تجهیزات اصلی مورد استفاده می توان به هود (به عنوان مثال، هود با جریان آرام یا کابینت ایمنی زیستی) ، انکوباتور (انکوباتور CO2 دار) ،حمام آب ، سانتریفیوژ ، یخچال و فریزر (-20 درجه سانتیگراد)، شمارنده سلولی (به عنوان مثال، شمارنده سلولی خودکار یا هماسیتومتر Countess®) ، میکروسکوپ معکوس، ظروف فریزر یا انجماد نیتروژن مایع (N2)، استریل کننده (به عنوان مثال، اتوکلاو) می توان نام برد.
مواد مورد نیاز در کشت سلول کدامند؟
علاوه بر خود محیط کشت به شش ماده اصلی در محیط کشت سلولی نیاز است که این شش ماده ی مورد استفاده شامل یک منبع کربن (به عنوان مثال، گلوکز)، سیستم بافر (به عنوان مثال، HEPES) ، نشانگر pH (به عنوان مثال، فنل قرمز)،سرم ، متابولیت ها، ویتامین ها ، مواد معدنی و آنتی بیوتیک ها می باشد.
