Stelt u zich eens voor dat u een bloementuin zou willen aanleggen. U kunt op zoek gaan naar bloemen die perfect in uw omgeving passen, hoewel ze misschien duur zijn en deskundige verzorging vereisen. Of u kunt kiezen voor soorten die misschien niet ideaal zijn, maar die overal groeien, betaalbaar zijn en niet veel verzorging nodig hebben. Op dezelfde manier moet u, wanneer u aan een onderzoeksproject begint en moet beslissen of u menselijke primaire cellen of onsterfelijke cellijnen gebruikt, rekening houden met een reeks factoren.

Wilt u een celkweekmodel bouwen dat de menselijke in-vivosituatie dicht benadert? In dat geval zijn menselijke primaire cellen een betere keuze. Als u van plan bent uw resultaten te publiceren, moet u er ook rekening mee houden dat beoordelaars wellicht willen dat u uw resultaten valideert in een systeem dat relevant is voor de menselijke fysiologie. Of wilt u een model dat gemakkelijk is om mee te werken en dat goed ingeburgerd is? In dat geval verdienen onsterfelijke cellijnen de voorkeur, hoewel de cellen zich misschien niet precies zo gedragen als bij de mens.

Menselijke primaire cellen: een kijkje in het echte leven

Menselijke primaire cellen worden rechtstreeks uit weefsels geïsoleerd en behouden de morfologische en functionele kenmerken van hun weefsel van oorsprong. Zo blijven in het oorspronkelijke tumorweefsel van colorectale kanker verschillende tumormarkers en bekende microRNA’s bewaard. Ter vergelijking, cellijnen vertonen verschillen in hun expressie (Pastor et al., 2010).

Primaire cellen leven echter niet eeuwig. Zij ondergaan senescentieprocessen en hebben een beperkt potentieel voor zelfvernieuwing en differentiatie. Naarmate zij ouder worden, vertonen zij morfologische en functionele veranderingen, zodat u ze in vroege passages moet gebruiken. De genetische kenmerken en de leeftijd van de donoren zijn ook belangrijk, aangezien hun cellen zich onder dezelfde kweekomstandigheden verschillend kunnen gedragen. Dit kan een goede zaak zijn wanneer u onderzoekt hoe specifieke cellulaire kenmerken verschillen in de populatie of wanneer u nieuwe verbindingen test. Aan de andere kant, vereisen uw tests een lage variantie? Gebruik dan cellen van dezelfde donor. Een voordeel van menselijke primaire cellen is dat u niet afhankelijk bent van diermodellen. Dit betekent dat u verschillen tussen soorten – zoals in anatomie, moleculaire routes en metabolisme – kunt vermijden, die van invloed kunnen zijn op de toxiciteit en het werkingsmechanisme van geneesmiddelen.

Hoe u met primaire cellen omgaat, bepaalt het succes

Menselijke primaire celculturen kunnen worden geïnitieerd op basis van gezonde cellen of kankercellen. Ze zijn afkomstig van gezonde donoren, orgaandonaties, chirurgische specimens, foetaal weefsel of post-mortale donoren. Houd er bij het plannen van je experimenten rekening mee dat de bron van menselijke primaire cellen beperkt is. Dit betekent dat u misschien geen extra materiaal van dezelfde donor kunt krijgen. Bovendien zijn primaire culturen afkomstig van weefselexplantaten een mengsel van verschillende cellen in verschillende stadia, zodat u, als u homogenere culturen wilt opzetten, wellicht specifieke celtypes moet zuiveren. Omdat primaire cellen gevoeliger zijn dan cellijnen, hebben ze vaak extra voedingsstoffen en groeifactoren nodig.

Omdat verschillende celtypen verschillende media nodig hebben om te groeien en te overleven, optimaliseert u altijd de kweekomstandigheden voor elk celtype. cellijnen hebben een hoog serumgehalte nodig. Serum is echter niet gestandaardiseerd en verschillende partijen kunnen een grote variabiliteit vertonen van de vele stoffen die het bevat. Dit kan de resultaten van uw onderzoek sterk beïnvloeden en zelfs inconsistent maken. In het geval van menselijke primaire cellen mag niet worden vergeten dat hoge niveaus van antibiotica hun levensvatbaarheid en groei verminderen. Naarmate de cellen de verschillende stadia van de kweek bereiken, moet u ze karakteriseren en eventuele morfologische en functionele veranderingen vaststellen. Dit is van belang voor de kwaliteitscontrole. Uiteraard vereist een goede celkweekpraktijk dat u alle informatie documenteert die nodig is om de materialen en methoden te volgen. Zo zorgt u ervoor dat uw model transparant en reproduceerbaar is (Pamies et al., 2018).

Cellijnen: een integraal onderdeel van biologisch onderzoek

Het werken met primaire cellen berust op decennia van onderzoek met cellijnen. Sinds het begin van de 20e eeuw hebben cellijnen wetenschappers veel inzicht verschaft in de biologische processen van menselijke cellen. Onsterfelijke cellijnen zijn een krachtig instrument geworden voor talloze toepassingen, waaronder het testen van het metabolisme en de cytotoxiciteit van geneesmiddelen, het bestuderen van de genfunctie en het produceren van vaccins, antilichamen en biologische verbindingen.

Zoals gezegd, is het doel van uw onderzoek bepalend voor het type celcultuur dat u gebruikt. Onderzoekers die van plan zijn om fundamentele biologische processen te onderzoeken, cellulaire functies te manipuleren, nieuwe methoden vast te stellen of voorbereidende screenings uit te voeren, hebben de neiging om geïmmortaliseerde cellijnen te kiezen. Waarom? Ze zijn kosteneffectief, gemakkelijk om mee te werken, en kunnen voor langere tijd in cultuur worden gehouden. Cellijnen zijn ook gemakkelijk te manipuleren en uit te breiden. (Kaur et al., 2012). Staat high throughput screening op de agenda? Ook hier kan de onbeperkte aanvoer van materiaal een voordeel zijn.

Bedenk wel dat, ook al kunnen experimentele bevindingen verkregen met cellijnen duidelijk worden geïnterpreteerd en consequent worden vergeleken met eerdere studies, de fysiologische relevantie van deze studies misschien niet erg hoog is. Er zijn ook grenzen aan wat je met cellijnen kunt doen. Sommige vertonen zelfs slechts een marginale gelijkenis met de oorspronkelijke primaire cellen, aangezien seriële passages variaties in genotype en fenotype kunnen veroorzaken. Je kunt eindigen met een veranderde genomische inhoud en een abnormaal expressieprofiel. Cellijnen missen belangrijke morfologische of functionele kenmerken, zodat zij wellicht niet in staat zijn relevante biomarkers te induceren. Dit betekent dat de resultaten die je met cellijnen in het lab hebt verkregen, niet volledig naar mensen kunnen worden vertaald. Over langere perioden kunnen onsterfelijke cellijnen ook worden besmet door andere cellen of micro-organismen (zie blogpost: Mycoplasma Contamination – Small Organisms Cause Big Trouble). Dus neem dit advies in acht: Voordat u werk doet met cellijnen, valideer ze altijd eerst om er zeker van te zijn dat uw cellen niet verkeerd geïdentificeerd of gecontamineerd zijn (Lorsch et al, 2014).

In het kort, baseer uw keuze voor menselijke primaire cellen of onsterfelijke cellijnen op uw onderzoeksdoel. In veel gevallen bieden onsterfelijke cellijnen een zeer waardevol model voor voorbereidende experimenten. Gebruik vervolgens menselijke primaire cellen om belangrijke bevindingen te repliceren. Dit verhoogt de vertaling en maakt uw resultaten relevanter voor de menselijke fysiologie.