Kuvittele, että haluaisit istuttaa kukkapuutarhan. Voit etsiä kukkia, jotka sopivat täydellisesti ympäristöönne, vaikka ne saattavat olla kalliita ja vaativat asiantuntevaa hoitoa. Tai voit valita lajikkeita, jotka eivät ehkä ole ihanteellisia, mutta jotka kasvavat kaikkialla, ovat edullisia eivätkä vaadi paljon hoitoa. Vastaavasti, kun aloitat tutkimushankkeen ja sinun on päätettävä, käytätkö ihmisen primaarisoluja vai kuolemattomia solulinjoja, sinun on otettava huomioon useita tekijöitä.
Haluatko rakentaa soluviljelymallin, joka edustaa tarkasti ihmisen in vivo -tilannetta? Tässä tapauksessa ihmisen primaarisolut ovat parempi valinta. Jos aiot julkaista tuloksesi, sinun on myös pidettävä mielessä, että arvostelijat saattavat haluta sinun validoivan tuloksesi järjestelmässä, joka on merkityksellinen ihmisen fysiologian kannalta. Vai haluatko mallin, jonka kanssa on helppo työskennellä ja joka on vakiintunut? Tällöin kuolemattomat solulinjat olisivat suositeltavia, vaikka solut eivät välttämättä käyttäydy täsmälleen samalla tavalla kuin ihmisessä.
Ihmisen primaarisolut: kurkistus oikeaan elämään
Ihmisen primaarisolut eristetään suoraan kudoksista, ja ne säilyttävät alkuperäkudoksensa morfologiset ja toiminnalliset ominaisuudet. Esimerkiksi paksu- ja peräsuolisyövän alkuperäisessä kasvainkudoksessa säilyy useita kasvainmerkkiaineita ja tunnettuja mikroRNA:ita. Vertailun vuoksi solulinjoissa niiden ilmentymisessä on eroja (Pastor ym., 2010).
Primäärisolut eivät kuitenkaan elä ikuisesti. Ne käyvät läpi senesenssiprosesseja, ja niillä on rajallinen potentiaali itseuudistumiseen ja erilaistumiseen. Kun ne vanhenevat, niissä ilmenee morfologisia ja toiminnallisia muutoksia, minkä vuoksi niitä tulisi käyttää varhaisissa passageissa. Myös luovuttajien geneettiset ominaisuudet ja ikä ovat tärkeitä, sillä niiden solut voivat käyttäytyä eri tavoin samoissa viljelyolosuhteissa. Tämä voi olla hyvä asia, kun tutkitaan, miten tietyt solujen ominaisuudet eroavat populaatiossa tai kun testataan uusia yhdisteitä. Toisaalta, vaativatko testisi pientä varianssia? Käytä silloin saman luovuttajan soluja. Yksi ihmisen primaarisolujen etu on se, että sinun ei tarvitse turvautua eläinmalleihin. Näin voit välttää lajien väliset erot – esimerkiksi anatomiassa, molekyylireiteissä ja aineenvaihdunnassa – jotka voivat vaikuttaa lääkkeen myrkyllisyyteen ja vaikutustapaan.
Miten käsittelet primäärisoluja, ratkaisee onnistumisen
Ihmisen primäärisoluviljelmät voidaan aloittaa terveistä soluista tai syöpäsoluista. Ne ovat peräisin terveistä luovuttajista, elinluovutuksista, kirurgisista näytteistä, sikiökudoksista tai post mortem -luovuttajista. Kun suunnittelet kokeitasi, pidä mielessäsi, että ihmisen primaarisolujen lähde on rajallinen. Tämä tarkoittaa, että et välttämättä voi saada lisämateriaalia samalta luovuttajalta. Kudospaloista saadut primaariviljelmät ovat myös sekoitus eri soluja eri vaiheissa, joten jos haluat saada aikaan homogeenisempia viljelmiä, saatat joutua puhdistamaan tiettyjä solutyyppejä. Koska primaarisolut ovat herkempiä kuin solulinjat, ne tarvitsevat usein lisäravinteita ja kasvutekijöitä.
Koska erityyppiset solut tarvitsevat erilaisia väliaineita kasvaakseen ja selviytyäkseen, optimoi viljelyolosuhteet aina kullekin solutyypille. Solulinjat tarvitsevat runsaasti seerumia. Seerumia ei kuitenkaan ole standardoitu, ja eri erissä voi esiintyä suurta vaihtelua monien sisältämiensä aineiden suhteen. Tämä voi vaikuttaa suuresti tutkimustuloksiin ja jopa tehdä niistä epäjohdonmukaisia. Kun kyseessä ovat ihmisen primaarisolut, muista, että korkeat antibioottipitoisuudet vähentävät niiden elinkelpoisuutta ja kasvua. Kun solut saavuttavat viljelyn eri vaiheet, sinun on luonnehdittava niitä ja tunnistettava mahdolliset morfologiset ja toiminnalliset muutokset. Tämä on tärkeää laadunvalvonnan kannalta. Hyvä soluviljelykäytäntö edellyttää tietenkin, että dokumentoit kaikki materiaalien ja menetelmien seurantaan tarvittavat tiedot. Näin varmistat, että mallisi on läpinäkyvä ja toistettavissa (Pamies et al., 2018).
Endotoksiinikontaminaation torjunta soluviljelmissä
Kontaminaatio uhkaa soluviljelytutkimuksia. Syyllisiä eivät ole vain bakteerit, sienet, hiivat ja mykoplasmat, vaan myös endotoksiinit aiheuttavat ongelmia. Ne vaikuttavat solujen kasvuun ja toimintaan sekä in vitro että in vivo (Ryan et al, 2018). Endotoksiinit ovat useimpien gramnegatiivisten bakteerien ulkokalvosta peräisin olevia lipopolysakkarideja, jotka ovat stabiileja myös korkeissa lämpötiloissa. Endotoksiinit saastuttavat usein laboratoriotarvikkeita, sillä niillä on suuri affiniteetti hydrofobisiin materiaaleihin, kuten muoviin. Kontaminaatiolähteitä ovat muun muassa pesuvesi, elatusaineet ja seerumit, lisäaineet, laboratoriomuovit ja lasitavarat. Endotoksiinit voidaan havaita limulus amebosyyttilysaatin (LAL) määrityksellä, sillä LAL muodostaa niiden läsnä ollessa määrällisesti mitattavia geelihyytymiä.
Vaihtelevat solutyypit reagoivat endotoksiinien läsnäoloon eri tavoin, ja endotoksiinien raja-arvot olisi asetettava kullekin solutyypille in vitro -viljelyissä (Nomura ym., 2017). Endotoksiinikontaminaation riskin minimoimiseksi käytä sertifioituja ei-pyrogeenisia elatusaineita, seerumeita ja laboratoriotarvikkeita ja tarkista laboratoriossa käytettävä vesi, erityisesti kun työskentelet herkkien solujen kanssa.
Solulinjat: olennainen osa biologista tutkimusta
Primäärisoluilla työskentely perustuu vuosikymmeniä jatkuneeseen tutkimukseen, jossa on käytetty solulinjoja. Solulinjat ovat 1900-luvun alkupuolelta lähtien antaneet tutkijoille paljon tietoa ihmissolujen biologisista prosesseista. Kuolemattomista solulinjoista on tullut tehokas väline lukemattomiin sovelluksiin, kuten lääkkeiden metabolian ja sytotoksisuuden testaamiseen, geenien toiminnan tutkimiseen sekä rokotteiden, vasta-aineiden ja biologisten yhdisteiden tuottamiseen.
Kuten jo mainittiin, tutkimuksen tavoite määrittää käytettävän soluviljelmän tyypin. Tutkijat, jotka aikovat tutkia biologisia perusprosesseja, manipuloida solujen toimintoja, luoda uusia menetelmiä tai suorittaa alustavia seulontoja, valitsevat yleensä kuolemattomia solulinjoja. Miksi? Ne ovat kustannustehokkaita, niiden kanssa on helppo työskennellä, ja niitä voidaan pitää viljelyssä pidempiä aikoja. Solulinjoja on myös helppo manipuloida ja laajentaa. (Kaur et al., 2012). Onko korkean läpimenon seulonta asialistalla? Tällöin materiaalin rajattomasta saatavuudesta voisi olla myös etua.
Vaikka solulinjoilla saatuja koetuloksia voidaankin tulkita selkeästi ja verrata johdonmukaisesti aiempiin tutkimuksiin, on kuitenkin muistettava, että näiden tutkimusten fysiologinen relevanssi ei välttämättä ole kovin suuri. Solulinjoilla on myös rajansa. Itse asiassa joissakin niistä on vain marginaalinen samankaltaisuus alkuperäisten primaarisolujen kanssa, koska sarjapassagointi voi aiheuttaa vaihtelua genotyypissä ja fenotyypissä. Saatat päätyä muuttuneeseen genomisisältöön ja epänormaaliin ilmentymisprofiiliin. Solulinjoista puuttuvat keskeiset morfologiset tai toiminnalliset ominaisuudet, joten ne eivät välttämättä pysty indusoimaan merkityksellisiä biomarkkereita. Tämä tarkoittaa, että solulinjoilla laboratoriossa saatuja tuloksia ei voida täysin siirtää ihmisiin. Pidemmällä aikavälillä kuolemattomat solulinjat voivat myös saastua muista soluista tai mikro-organismeista (ks. blogikirjoitus: Mycoplasma Contamination – Small Organisms Cause Big Trouble). Ota siis huomioon tämä neuvo: Ennen kuin teet mitä tahansa työtä solulinjoilla, validoi ne aina ensin varmistaaksesi, että solusi eivät ole väärin tunnistettuja tai kontaminoituneita (Lorsch et al., 2014).
Lyhyesti sanottuna, perusta ihmisen primaarisolujen tai kuolemattomien solulinjojen valinta tutkimustavoitteesi perusteella. Monissa tapauksissa kuolemattomat solulinjat tarjoavat erittäin arvokkaan mallin alustavia kokeita varten. Käytä sitten ihmisen primaarisoluja tärkeimpien havaintojen toistamiseen. Tämä lisää translaatiota ja tekee tuloksistasi merkityksellisempiä ihmisen fysiologian kannalta.