Vaccini, farmaci, anticorpi monoclonali. Dalla biochimica alla microbiologia, dalla biologia molecolare all’oncologia, fino agli esami diagnostici, la capacità di coltivare cellule in laboratorio è fondamentale per gli studi scientifici e ha permesso i grandi passi avanti delle scienze mediche e biologiche dell’ultimo secolo.
Per coltura cellulare si intende la rimozione di cellule da un animale o da una pianta e la loro successiva crescita in un ambiente artificiale favorevole. Le cellule possono essere rimosse direttamente dal tessuto, e disgregate prima di essere coltivate, oppure possono essere ricavate da colture cellulari già esistenti (dette linee cellulari).
Ma come è possibile coltivare le cellule in laboratorio? E come ci siamo arrivati?
Un po’ di storia delle colture cellulari
I primi studi sulla possibilità di coltivare in laboratorio cellule di origine animale e umana vanno ricercati nel XIX secolo. Nel 1885, Wilhelm Roux riuscì per primo a coltivare in vitro, per qualche giorno, cellule di cervello ricavate da un embrione di pollo. In seguito, furono fatti diversi altri tentativi per coltivare differenti tipi di cellule isolate da organismi viventi. I progressi decisivi arrivarono nel 1943, quando Earle riuscì a coltivare le prime linee cellulari di mammifero, e dieci anni più tardi con Scherer, che mise in coltura la prima linea cellulare tumorale umana, le cellule HeLa.
Condizioni di coltura: cosa serve alle cellule per crescere
Le condizioni di coltura variano ampiamente per ogni tipo di cellula, ma l’ambiente artificiale in cui queste vengono coltivate consiste invariabilmente in un recipiente adatto (spesso si tratta di una piastra di Petri o di una flask, di grandezza variabile), contenente un substrato (detto mezzo o terreno), che fornisce i nutrienti essenziali alle cellule (aminoacidi, carboidrati, vitamine, minerali) e, a volte, fattori di crescita. È molto importante che le cellule crescano anche in precise condizioni ambientali, che riguardano la presenza di gas (ossigeno e anidride carbonica) e condizioni adeguate di pH, pressione e temperatura. Affinché questo accada, vengono utilizzati degli appositi incubatori. Molti tipi di cellule, per crescere, hanno bisogno di un ancoraggio e devono essere coltivate mentre sono attaccate a un substrato solido o semisolido (coltura aderente o monostrato), mentre altri tipi di cellule possono essere coltivate mentre galleggiano nel loro terreno di coltura (coltura in sospensione).
Le cellule possono essere conservate
Se è disponibile un surplus di cellule dalle colture cellulari, queste possono essere conservate a temperature inferiori a –130°C (crioconservazione) fino al momento del loro utilizzo, in seguito al trattamento con un agente crioprotettivo, che impedisce all’acqua al loro interno di cristallizzare.
Quanti tipi di colture cellulari esistono?
Esistono diversi tipi di colture cellulari, ognuna con le sue proprietà:
- le colture primarie sono quelle che si trovano allo stadio seguente all’isolamento delle cellule, a partire dal tessuto vegetale o animale. Queste proliferano nelle condizioni appropriate, fino a occupare tutto lo spazio disponibile sul loro substrato (cioè fino a raggiungere la cosiddetta “confluenza”). In questa fase, le cellule devono essere trasferite spesso in un nuovo terreno di crescita fresco, con più spazio per una crescita continua.
- dopo la prima divisione, la coltura primaria diventa nota come linea cellulare. Le linee cellulari derivate da colture primarie hanno una durata di vita limitata e, man mano che vengono coltivate, le cellule con la più alta capacità di crescita tendono a prevalere sulle altre, determinando un grado di uniformità nella popolazione. Alcune linee cellulari diventano immortali, cioè acquisiscono la capacità di riprodursi un numero indefinito di volte, attraverso un processo chiamato trasformazione, che può avvenire spontaneamente o può essere indotto chimicamente o attraverso agenti virali. Quando una linea cellulare acquisisce la capacità di dividersi indefinitamente, viene detta linea cellulare continua.
- se una sottopopolazione di una linea cellulare viene selezionata dalla coltura mediante specifici metodi, questa linea cellulare diventa un ceppo cellulare. Un ceppo cellulare spesso acquisisce ulteriore cambiamenti genetici rispetto alla linea parentale.
Uno strumento prezioso per la scienza
Dall’arte di crescere e coltivare l’infinitamente piccolo in laboratorio, derivano tante conoscenze sugli organismi complessi.
La coltura cellulare è, infatti, uno dei principali strumenti utilizzati nella biologia cellulare e molecolare, poiché fornisce eccellenti sistemi modello per studiare la normale fisiologia e biochimica delle cellule, gli effetti di farmaci e composti tossici sulle cellule e la mutagenesi e cancerogenesi.
Le colture cellulari vengono anche utilizzate nello screening e nello sviluppo di farmaci e nella produzione su larga scala di composti biologici (ad es. vaccini e proteine terapeutiche). In tutte queste applicazioni, l’utilizzo di colture cellulari permette di ottenere risultati coerenti e riproducibili, un grande vantaggio negli studi scientifici.
