Föreställ dig att du vill plantera en blomsterträdgård. Du kan leta efter blommor som passar perfekt in i din miljö, även om de kan vara dyra och kräva expertvård. Eller så kan du välja sorter som kanske inte är idealiska, men som växer överallt, är prisvärda och inte kräver mycket skötsel. På samma sätt måste du, när du påbörjar ett forskningsprojekt och måste bestämma dig för om du ska använda mänskliga primära celler eller odödliga cellinjer, ta hänsyn till en rad faktorer.
Vill du bygga en cellodlingsmodell som nära representerar den mänskliga in vivo-situationen? I det här fallet är mänskliga primära celler ett bättre val. Om du planerar att publicera dina resultat bör du också tänka på att granskarna kanske vill att du validerar dina resultat i ett system som är relevant för mänsklig fysiologi. Eller vill du ha en modell som är lätt att arbeta med och väletablerad? Här skulle odödliga cellinjer vara att föredra, även om cellerna kanske inte beter sig exakt som de gör i människor.
Humana primärceller: en titt på det verkliga livet
Humana primärceller isoleras direkt från vävnader och behåller de morfologiska och funktionella egenskaperna hos sin ursprungsvävnad. Exempelvis bevaras i ursprunglig tumörvävnad från kolorektalcancer flera tumörmarkörer och kända mikroRNAs. I jämförelse visar cellinjer skillnader i deras uttryck (Pastor et al., 2010).
Primärceller lever dock inte för evigt. De genomgår senescensprocesser och har begränsad potential för självförnyelse och differentiering. När de åldras uppvisar de morfologiska och funktionella förändringar, vilket är anledningen till att du bör använda dem i tidiga passager. Donatorernas genetiska egenskaper och ålder är också viktiga, eftersom deras celler kan bete sig olika under samma odlingsförhållanden. Detta kan vara bra när du undersöker hur specifika cellulära egenskaper skiljer sig åt i populationen eller när du testar nya föreningar. Kräver dina tester å andra sidan låg varians? Använd då celler från samma donator. En fördel med mänskliga primära celler är att du inte behöver förlita dig på djurmodeller. Detta innebär att du kan undvika skillnader mellan arter – t.ex. i anatomi, molekylära vägar och metabolism – som kan påverka läkemedels toxicitet och verkningsmekanism.
Hur du hanterar primära celler avgör framgången
Mänskliga primära cellkulturer kan initieras från friska celler eller cancerceller. De kommer från friska donatorer, organdonation, kirurgiska prover, fostervävnader eller post mortem-donatorer. När du planerar dina experiment ska du komma ihåg att källan till mänskliga primära celler är begränsad. Det innebär att du kanske inte kan få extra material från samma donator. Primärkulturer som härrör från vävnadsexplantat är också en blandning av olika celler i olika stadier, så om du vill initiera mer homogena kulturer kan du behöva rena specifika celltyper. Eftersom primära celler är känsligare än cellinjer behöver de ofta ytterligare näringsämnen och tillväxtfaktorer.
Om olika typer av celler behöver olika medier för att växa och överleva ska du alltid optimera odlingsförhållandena för varje celltyp. Cellinjer behöver höga nivåer av serum. Serum är dock inte standardiserat och olika partier kan uppvisa stor variation av de många ämnen som ingår. Detta kan i hög grad påverka resultaten av din forskning och till och med göra dem inkonsekventa. När det gäller mänskliga primära celler ska du komma ihåg att höga nivåer av antibiotika minskar deras livskraft och tillväxt. När cellerna når de olika kulturstadierna måste du karakterisera dem och identifiera eventuella morfologiska och funktionella förändringar. Detta är relevant för kvalitetskontrollen. Naturligtvis kräver god cellodlingspraxis att du dokumenterar all information som behövs för att spåra material och metoder. På så sätt säkerställer du att din modell är transparent och reproducerbar (Pamies et al., 2018).
Bekämpning av endotoxinförorening i cellodlingar
Kontaminering hotar cellodlingsstudier. Det är inte bara bakterier, svampar, jäst och mykoplasma som är boven i dramat, även endotoxiner orsakar problem. De påverkar cellulär tillväxt och funktion in vitro såväl som in vivo (Ryan et al, 2018). Endotoxiner är lipopolysackarider som härrör från det yttre membranet hos de flesta gramnegativa bakterier och som är stabila även vid höga temperaturer. Endotoxiner kontaminerar ofta laboratorieartiklar, eftersom de visar hög affinitet för hydrofoba material som plast. Källor till kontaminering är bl.a. tvättvatten, medier och serum, tillsatser, laboratorieplast och glasvaror. Man kan påvisa endotoxiner med testet limulus amebocytlysat (LAL), eftersom LAL bildar kvantifierbara gelklumpar i deras närvaro.
Varierande celltyper reagerar olika på närvaron av endotoxiner, och endotoxingränser bör fastställas för varje celltyp i in vitro-odlingar (Nomura et al., 2017). För att minimera risken för endotoxinförorening bör man använda certifierade icke-pyrogena medier, serum och laboratorieartiklar och kontrollera det vatten som används i laboratoriet, särskilt när man arbetar med känsliga celler.
Cellinjer: en integrerad del av biologisk forskning
Arbete med primära celler vilar på decennier av forskning med cellinjer. Sedan början av 1900-talet har cellinjer gett forskarna stora insikter i de biologiska processerna i mänskliga celler. Odödliga cellinjer har blivit ett kraftfullt verktyg för otaliga tillämpningar, bland annat för att testa läkemedelsmetabolism och cytotoxicitet, studera geners funktion samt producera vacciner, antikroppar och biologiska föreningar.
Som nämnts avgör syftet med din forskning vilken typ av cellkultur du använder. Forskare som planerar att undersöka grundläggande biologiska processer, manipulera cellfunktioner, etablera nya metoder eller utföra preliminära screeningar tenderar att välja odödliga cellinjer. Varför? De är kostnadseffektiva, lätta att arbeta med och kan hållas i kultur under längre tid. Cellinjer är också lätta att manipulera och expandera. (Kaur et al., 2012). Är screening med hög genomströmning på agendan? Här kan den obegränsade tillgången på material också vara en fördel.
Men även om experimentella resultat som erhållits med cellinjer kan tolkas tydligt och jämföras konsekvent med tidigare studier, ska man ha i åtanke att den fysiologiska relevansen av dessa studier kanske inte är särskilt hög. Det finns också gränser för vad man kan göra med cellinjer. Faktum är att vissa visar endast marginell likhet med de ursprungliga primära cellerna, eftersom seriepassager kan orsaka variationer i genotyp och fenotyp. Man kan få ett förändrat genomiskt innehåll och en onormal uttrycksprofil. Cellinjer saknar viktiga morfologiska eller funktionella egenskaper, vilket innebär att de kanske inte kan framkalla relevanta biomarkörer. Detta innebär att de resultat som du har fått med cellinjer i laboratoriet inte helt och hållet kan överföras till människor. Under längre tid kan odödliga cellinjer också förorenas av andra celler eller mikroorganismer (se blogginlägg: Mycoplasma Contamination – Small Organisms Cause Big Trouble). Så följ det här rådet: Innan du arbetar med cellinjer ska du alltid validera dem först för att se till att dina celler inte är felidentifierade eller kontaminerade (Lorsch et al, 2014).
Kort sagt, basera ditt val av mänskliga primära celler eller odödliga cellinjer på ditt forskningsmål. I många fall erbjuder odödliga cellinjer en mycket värdefull modell för preliminära experiment. Använd sedan mänskliga primära celler för att replikera viktiga resultat. Detta ökar översättningen och gör dina resultat mer relevanta för mänsklig fysiologi.