組織培養生物学

組織培養は、動物または植物の組織の断片が人工環境に移され、それらが生存し機能し続けることができる生物学的研究の方法です。培養された組織は、単一の細胞、細胞の集団、または臓器の全体または一部から構成され得る。培養中の細胞は増殖する可能性があります。サイズ、形、または機能を変更する。特殊な活動を示す（たとえば、筋細胞が収縮する可能性がある）; または他の細胞と相互作用します。

歴史的発展

組織培養の初期の試みは、1885年にニワトリ胚の組織を温かい食塩水で培養したドイツの動物学者Wilhelm Rouxによって行われました。最初の真の成功は1907年に来ましたが、アメリカの動物学者ロスG.ハリソンが、凝固したリンパ液中でのカエル神経細胞突起の成長を示しました。フランスの外科医であるアレクシスキャレルと彼の助手であるモントローズバロウズはその後、ハリソンの手法を改良し、1910–11年に発表された一連の論文の最初の進歩を報告しました。キャレルとバロウズは、組織培養という用語を作り、その概念を定義しました。その後、多くの実験者が動物細胞の培養に成功し、培養液として、リンパ液、血清、血漿、組織抽出物などのさまざまな生体液を使用しました。1980年代と90年代に、研究者が人工条件下で哺乳類胚性幹細胞を首尾よく成長させることができる方法が開発されました。これらの画期的な進歩により、最終的にはヒト胚性幹細胞株の樹立と維持が可能になり、研究者によるヒト生物学の理解が進み、治療と再生医療の進歩が大幅に促進されました。

文化環境

細胞は、血清または組織抽出物などの生物学的起源の培地、化学的に定義された合成培地、またはその2つの混合物で増殖させることができる。培地は、研究される細胞に必要な栄養素の適切な割合を含んでいなければならず、適切に酸性またはアルカリ性でなければなりません。培養物は通常、ガラスまたはプラスチック表面上の細胞の単層として、あるいは液体または半固体培地の懸濁液として増殖します。

培養を開始するには、組織の小さなサンプルを培地の上または中に分散させ、培養物を含むフラスコ、チューブ、またはプレートを、通常は組織の正常な環境に近い温度でインキュベートします。微生物による汚染を防ぐために無菌状態が維持されます。培養は単一細胞から開始されることもあり、クローンと呼ばれる均一な生物集団が生成されます。単細胞は通常、培養条件下に置かれてから10〜14日以内にコロニーを形成します。

初代培養と確立された細胞株

培養には主に2つのタイプがあります。初代（死滅）培養と確立された（不死）細胞株の培養です。初代培養は、生体からの生検によって収集された組織から直接切除された正常な細胞、組織、または臓器で構成されます。初代培養は、研究中の細胞、組織、または臓器の自然な機能を本質的にモデル化するという点で有利です。しかし、サンプルが培養で長く維持されるほど、それらが蓄積する変異が多くなり、染色体構造と細胞機能の変化につながる可能性があります。加えて、初代培養は一般に致命的です。細胞は老化プロセスを経て、50から100世代だけ増殖し、その後、率は著しく低下します。初代培養の細胞が成長を停止するか、または複製老化を起こす点は、いわゆるヘイフリック限界をマークします（その発見者であるアメリカの微生物学者レナードヘイフリックにちなんで名付けられました）。

対照的に、確立された細胞株は無期限に永続化することができます。このような細胞株は、一般的に患者の腫瘍生検に由来するか、またはHayflickの限界を超えて複製を継続できるようにする突然変異を受けた初代細胞から生成される場合があります。初代培養の細胞と同様に、確立された系統の細胞は、時間をかけて変異を蓄積し、その性質を変える可能性があります。したがって、異なる研究室の研究者が同じ細胞株を使用した実験の結果を比較できるようにするためには、彼らは一緒に働いている細胞の正体を確認しなければなりません。細胞の同一性は、認証と呼ばれるプロセスを通じて検証されます。このプロセスでは、培養細胞のDNAプロファイルが、その細胞株の既知のプロファイルまたは標準プロファイルと比較されます。