Budaya sel sangat bergantung pada kondisi. Mereka bervariasi untuk setiap jenis sel, tetapi biasanya terdiri dari wadah yang sesuai dengan substrat atau media yang menyediakan nutrisi yang diperlukan (asam amino, karbohidrat, vitamin, mineral), faktor pertumbuhan, hormon dan gas (CO2, O2) dan mengatur fisiko lingkungan kimia (buffer pH, tekanan osmotik, suhu). Sebagian besar sel memerlukan permukaan atau substrat buatan (perekat atau kultur monolayer), sementara yang lain dapat diperbanyak secara bebas dalam media kultur (kultur suspensi). Umur sebagian besar sel ditentukan secara genetik, tetapi beberapa kultur sel telah diubah menjadi sel abadi yang akan bereproduksi tanpa batas jika kondisi optimal diciptakan.
Definisi
Sdefinisi di sini cukup sederhana. Dalam praktiknya, istilah "kultur sel" sekarang mengacu pada budidaya sel yang berasal dari eukariota multiseluler, terutama sel hewan, sebagai lawan dari jenis kultur lainnya. Perkembangan sejarah dan metode kultur sangat erat kaitannya dengan kultur jaringan dan kultur organ. Kultur virus juga diasosiasikan dengan sel sebagai inang virus.
Sejarah
Teknik laboratorium untuk mendapatkan dan membiakkan sel yang terpisah dari sumber jaringan aslinya menjadi lebih kuat pada pertengahan abad ke-20. Terobosan utama di bidang ini dibuat oleh para ilmuwan dari Universitas Yale.
Terobosan Abad Pertengahan
Awalnya, memperoleh dan membiakkan sel dilakukan untuk menemukan obat mujarab bagi banyak virus berbahaya. Sejumlah peneliti telah menemukan bahwa banyak jenis virus dapat dengan aman hidup, berkembang, dan berkembang biak pada sel hewan yang ditumbuhkan secara artifisial atau bahkan seluruh organ yang disimpan secara mandiri dalam termos khusus. Sebagai aturan, sel-sel organ hewan yang sedekat mungkin dengan manusia digunakan untuk pengujian semacam itu - misalnya, primata tingkat tinggi seperti simpanse. Semua penemuan ini dibuat pada tahun 1940-an, ketika eksperimen pada manusia paling relevan untuk alasan tertentu.
Metodologi
Sel dapat diisolasi dari jaringan untuk kultur ex vivo dengan beberapa cara. Mereka dapat dengan mudah dibersihkan dari darah, tetapi hanya sel darah putih yang mampu tumbuh dalam kultur. Sel bisadiisolasi dari jaringan padat dengan mencerna matriks ekstraseluler menggunakan enzim seperti kolagenase, tripsin, atau pronase sebelum mengaduk jaringan untuk melepaskan sel ke dalam suspensi. Sebagai alternatif, potongan jaringan dapat ditempatkan di media pertumbuhan dan sel-sel yang tumbuh tersedia untuk kultur. Cara ini dikenal sebagai kultur eksplan.
Sel yang dikultur langsung dari subjek dikenal sebagai sel primer. Dengan pengecualian beberapa yang berasal dari tumor, kebanyakan kultur sel primer memiliki umur yang terbatas.
Keabadian dan sel induk
Garis sel yang mapan atau diabadikan telah memperoleh kemampuan untuk bereproduksi tanpa batas, baik melalui mutasi acak atau modifikasi yang disengaja, seperti ekspresi buatan gen telomerase. Banyak baris sel dikenal sebagai tipe sel tipikal.
Kultur massal lini sel hewan merupakan hal mendasar untuk produksi vaksin virus dan produk bioteknologi lainnya. Kultur sel punca manusia digunakan untuk memperluas jumlah dan membedakan sel menjadi berbagai jenis yang cocok untuk transplantasi. Kultur sel induk manusia juga digunakan untuk mengumpulkan molekul dan eksosom yang dilepaskan oleh sel punca untuk tujuan terapeutik.
Koneksi dengan genetika
Produk biologi yang dihasilkan oleh teknologi DNA rekombinan (rDNA) dalam kultur hewan meliputienzim, hormon sintetik, imunobiologis (antibodi monoklonal, interleukin, limfokin) dan agen antikanker. Sementara banyak protein sederhana dapat dibuat menggunakan rDNA dalam kultur bakteri, protein yang lebih kompleks yang diglikosilasi (dimodifikasi oleh karbohidrat) saat ini harus dibuat dalam sel hewan.
Contoh penting dari protein kompleks seperti itu adalah hormon eritropoietin. Biaya untuk menumbuhkan kultur sel mamalia tinggi, jadi penelitian sedang dilakukan untuk membuat protein kompleks seperti itu dalam sel serangga atau tanaman tingkat tinggi. Penggunaan sel embrionik tunggal dan embrio somatik sebagai sumber transfer gen langsung dengan bombardir partikel, ekspresi gen transien, dan mikroskop confocal adalah salah satu aplikasinya. Kultur sel tanaman adalah bentuk paling umum dari praktik ini.
Kultur jaringan
Kultur jaringan adalah budidaya jaringan atau sel yang dipisahkan dari suatu organisme. Proses ini biasanya difasilitasi dengan menggunakan media pertumbuhan cair, semi padat, atau padat seperti kaldu atau agar. Kultur jaringan umumnya mengacu pada kultur sel dan jaringan hewan, dengan istilah yang lebih spesifik digunakan untuk tumbuhan, sel tumbuhan, dan kultur jaringan. Istilah "kultur jaringan" diciptakan oleh ahli patologi Amerika Montrose Thomas Burroughs.
Sejarah kultur jaringan
Pada tahun 1885, Wilhelm Roux menghapus bagian medulerpiring ayam janin dan memeliharanya dalam larutan garam hangat selama beberapa hari, menetapkan prinsip dasar kultur jaringan. Pada tahun 1907, ahli zoologi Ross Granville Harrison mendemonstrasikan pertumbuhan sel katak embrionik yang akan menghasilkan sel-sel saraf di getah bening yang membeku. Pada tahun 1913, E. Steinhardt, C. Israel, dan R. A. Lambert membudidayakan virus vaccinia dalam fragmen jaringan tanduk babi guinea. Itu sudah sesuatu yang jauh lebih maju daripada kultur sel tumbuhan.
Dari masa lalu ke masa depan
Gotlieb Haberlandt adalah orang pertama yang menunjukkan kemungkinan membudidayakan jaringan tanaman yang terisolasi. Dia menyarankan bahwa metode ini dapat menentukan kemampuan sel individu melalui kultur jaringan, serta saling pengaruh jaringan satu sama lain. Ketika klaim asli Haberland direalisasikan, teknik kultur jaringan dan sel mulai diterapkan secara aktif, yang mengarah pada penemuan baru dalam biologi dan kedokteran. Ide aslinya, yang dipresentasikan pada tahun 1902, disebut totipotensialitas: "Secara teoritis, semua sel tumbuhan mampu menghasilkan tanaman yang lengkap." Budidaya kultur sel pada waktu itu berkembang pesat.
Dalam penggunaan modern, kultur jaringan umumnya mengacu pada pertumbuhan sel dari jaringan organisme multiseluler secara in vitro. Kondisi kultur sel tidak terlalu penting dalam kasus ini. Sel-sel ini dapat diisolasi dari organisme donor, sel primer, atau garis sel yang diabadikan. Sel sedang mencucimedia kultur yang mengandung nutrisi dan sumber energi yang diperlukan untuk kelangsungan hidup mereka. Istilah "kultur jaringan" sering digunakan secara bergantian dengan kultur sel.
Aplikasi
Arti literal dari kultur jaringan mengacu pada budidaya potongan jaringan, yaitu kultur eksplan.
Kultur jaringan adalah alat penting untuk mempelajari biologi sel dari organisme multiseluler. Ini menyediakan model jaringan in vitro dalam lingkungan yang terdefinisi dengan baik yang dapat dengan mudah dimanipulasi dan dianalisis.
Dalam kultur jaringan hewan, sel dapat ditumbuhkan sebagai lapisan tunggal 2D (kultur konvensional) atau di dalam perancah atau gel berserat untuk mencapai struktur seperti jaringan 3D yang lebih naturalistik (kultur 3D). Eric Simon, dalam laporan hibah NIH SBIR 1988, menunjukkan bahwa electrospinning dapat digunakan untuk memproduksi perancah serat polimer skala nano dan submikron yang dirancang khusus untuk digunakan sebagai substrat sel dan jaringan in vitro.
Penggunaan awal jaringan serat konduktif listrik untuk kultur sel dan rekayasa jaringan menunjukkan bahwa berbagai jenis sel akan menempel dan berkembang biak pada serat polikarbonat. Telah diamati bahwa, berbeda dengan morfologi rata yang biasanya terlihat pada kultur 2D, sel yang tumbuh pada serat kabel listrik menunjukkan morfologi 3D yang lebih bulat yang biasanya terlihat pada jaringan in vivo.
Budayajaringan tanaman, khususnya, dikaitkan dengan menumbuhkan tanaman utuh dari potongan-potongan kecil serat tanaman yang dibudidayakan dalam media.
Perbedaan model
Penelitian dalam rekayasa jaringan, sel punca, dan biologi molekuler terutama melibatkan pertumbuhan kultur sel pada piring plastik datar. Metode ini dikenal sebagai kultur sel dua dimensi (2D) dan pertama kali dikembangkan oleh Wilhelm Roux, yang pada tahun 1885 memindahkan sebagian lempeng meduler dari embrio ayam dan menyimpannya dalam larutan garam hangat selama beberapa hari di atas kaca datar.
Dari kemajuan teknologi polimer, piring plastik standar modern untuk kultur sel dua dimensi, umumnya dikenal sebagai cawan petri, telah muncul. Julius Richard Petri, seorang ahli bakteriologi Jerman, biasanya dikreditkan dalam literatur ilmiah sebagai penemu penemuan ini, bekerja sebagai asisten Robert Koch. Saat ini, berbagai peneliti juga menggunakan labu kultur, kerucut, dan bahkan kantong sekali pakai seperti yang digunakan dalam bioreaktor sekali pakai.
Selain kultur garis sel abadi yang mapan, sel-sel dari eksplan primer banyak organisme dapat dikultur untuk jangka waktu terbatas sampai kerentanan terjadi. Sel primer yang dikultur telah banyak digunakan dalam penelitian, seperti dalam kasus keratosit ikan dalam studi migrasi sel. Media kultur sel dapat digunakan di sebagian besarberbeda.
Kultur sel tanaman biasanya ditumbuhkan sebagai kultur suspensi sel dalam media cair atau dalam kultur kalus pada media padat. Kultur sel tanaman dan kalus yang tidak berdiferensiasi membutuhkan keseimbangan yang tepat dari hormon pertumbuhan tanaman auksin dan sitokinin.
