Nuôi cấy tế bào động vật – Những điều cơ bản cần biết

 Bài viết này cung cấp các nguyên tắc cơ bản trong nuôi cấy tế bào động vật, bao gồm lựa chọn dòng tế bào thích hợp cho thí nghiệm của bạn, các yêu cầu về môi trường cho tế bào nuôi cấy, nuôi cấy tế bào động vật bám dính so với nuôi cấy huyền phù, pH và CO₂ quan trọng như thế nào, v.v…

Quy trình phân lập tế bào MSC từ mô mỡ

Nội dung 

• 1 Dòng tế bào động vật
• 2 Môi trường nuôi cấy tế bào
  • 2.1 Tế bào bám dính và huyền phù
  • 2.2 Các yếu tố trong môi trường nuôi cấy tế bào động vật
    • 2.2.1 Huyết thanh
    • 2.2.2 Giá trị pH của môi trường nuôi cấy tế bào
    • 2.2.3 Nồng độ CO2
    • 2.2.4 Nhiệt độ

Dòng tế bào động vật

Tùy thuộc vào mục tiêu thí nghiệm của mình, bạn có thể lựa chọn dòng tế bào động vật theo một số tiêu chí sau:

1. Loài: có thể chọn các dòng tế bào động vật có nguồn gốc từ người hoặc từ các động vật khác.
2. Chức năng của tế bào: Ví dụ, có thể chọn các dòng tế bào từ gan hoặc thận để thực hiện các thử nghiệm độc tính tế bào
3. Phân chia có giới hạn hoặc liên tục: Các dòng tế bào phân chia có giới hạn (khoảng 30 chu kỳ nhân đôi) thường đa dạng, đáp ứng nhiều nhu cầu nghiên cứu; các dòng tế bào phân chia liên tục thì dễ dàng cấy chuyền và bảo quản
4. Tế bào bình thường hay đã biến nạp: Các dòng tế bào đã biến nạp sẵn thì có sức sống mạnh, khả năng tương thích cao và đòi hỏi ít huyết thanh trong môi trường hơn nhưng chúng đã bị thay đổi về kiểu hình nhất định do quá trình biến đổi di truyền
5. Điều kiện và đặc điểm tăng trưởng: Bạn có thể xem xét các đặc điểm như mức độ tăng trưởng, mật độ bão hòa, hiệu suất tạo dòng, khả năng nuôi cấy huyền phù. Ví dụ, nếu bạn muốn sản xuất protein tái tổ hợp thì nên chọn các dòng tế bào có tốc độ tăng trưởng cao và cho phép nuôi dạng huyền phù.

Xem thêm  Tế bào ung thư da tái điều chỉnh để sống sót

Bạn có thể nuôi cấy tế bào động vật từ tế bào sơ cấp hoặc bạn có thể chọn mua các dòng tế bào từ các nhà cung cấp thương mại hoặc phi lợi nhuận (các ngân hàng tế bào). Các nhà cung cấp có uy tín thường sẽ cung cấp các dòng tế bào có chất lượng cao được kiểm tra cẩn thận về đặc tính và đảm bảo rằng không bị ngoại nhiễm. Bạn không nên mượn tế bào nuôitừ các phòng thí nghiệm khác vì chúng có nguy cơ bị ngoại nhiễm cao. Bất kể bạn sử dụng nguồn tế bào nào, bạn phải đảm bảo rằng tất cả các dòng tế bào mới đã được kiểm tra không nhiễm mycoplasma trước khi bạn bắt đầu sử dụng chúng.

Môi trường nuôi cấy tế bào

Một trong những ưu điểm của việc nuôi cấy tế bào động vật là chúng ta có thể kiểm soát các thông số hóa lý (nhiệt độ, pH, áp suất thẩm thấu, nồng độ O₂ và CO₂) và thông số sinh lý (hormone, nồng độ các chất dinh dưỡng) để tế báo có thể tăng trưởng. Ngoại trừ nhiệt độ, các thông số khác có thể được kiểm soát bởi môi trường nuôi cấy.

Quy trình cấy chuyền tế bào MSC

Tế bào bám dính và huyền phù

Có hai hình thức cơ bản để tế bào phát triển trong nuôi cấy, đó là tế bào hình thành lớp đơn trên giá thể nhân tạo (tế bào bám dính) hoặc tế bào trôi nổi tự do trong môi trường nuôi cấy (tế bào huyền phù). Phần lớn các tế bào có nguồn gốc từ động vật có xương sống, ngoại trừ các dòng tế bào tạo máu và một số khác, phụ thuộc vào hiện tượng “neo” và phải nuôi cấy trên giá thể phù hợp được xử lý đặc biệt để cho phép tế bào bám vào và
phát triển. Tuy nhiên, nhiều dòng tế bào cũng có thể phù hợp với nuôi cấy dạng huyền phù như tế bào côn trùng. Các tế bào được nuôi cấy theo dạng huyền phù có thể
được duy trì trong các bình nuôi cấy không cần xử lý bề mặt, nhưng sẽ yêu cầu biện pháp khuấy trộn phù hợp.

Xem thêm  Di truyền y học - Mô phỏng

Các yếu tố trong môi trường nuôi cấy tế bào động vật

Môi trường nuôi cấy là thành phần quan trọng nhất bởi vì nó cung cấp các chất dinh dưỡng cần thiết, các yếu tố tăng trưởng và kích thích tố cho sự phát triển của tế bào cũng như điều chỉnh pH và áp suất thẩm thấu. 

Huyết thanh

Trong thành phần của môi trường nuôi cấy thì huyết thanh là thành phần cực kỳ quan trọng. Huyết thanh cung cấp các yếu tố tăng trưởng và kết dính, hormone, lipid,
và khoáng chất cho tế bào trong môi trường cơ bản. Ngoài ra, huyết thanh cũng điều tiết tính thấm của màng tế bào và đóng vai trò là chất mang lipid, enzyme, vi chất dinh dưỡng, và các nguyên tố vi lượng vào trong tế bào. Tuy nhiên, sử dụng huyết thanh trong môi trường nuôi cấy truyền thống có một số nhược điểm bao gồm chi phí cao, các vấn đề về tiêu chuẩn hóa, tính đặc hiệu và tính biến động cũng như có thể kích thích hoặc ức chế không mong muốn lên sự tăng trưởng và/hoặc chức năng của một số loại tế bào. Nếu huyết thanh không được lấy từ nguồn có uy tín, sự ngoại nhiễm cũng có thể là mối đe dọa nghiêm trọng đối với các thí nghiệm nuôi cấy tế bào. Có 3 nhóm môi trường nuôi cấy bao gồm môi trường cơ bản, môi trường giảm huyết thanh và môi trường không có huyết thanh. 

Giá trị pH của môi trường nuôi cấy tế bào

Hầu hết các dòng tế bào động vật có vú bình thường phát triển tốt ở pH 7.4 và có rất ít biến động giữa các chủng tế bào khác nhau. Tuy nhiên, một số dòng tế bào biến đổi đã được điều chỉnh để phát triển tốt hơn ở môi trường axit hơn một chút (pH 7.0-7.4) và một số dòng nguyên bào sợi bình thường lại thích môi trường kiềm hơn một chút (pH 7.4-7.7). Các dòng tế bào côn trùng như Sf9 và Sf21 tăng trưởng tối ưu ở pH 6.2.

Xem thêm  Nguyên nhân gây ra sỏi thận là gì?

Nồng độ CO₂

Thông thường, bộ đệm pH trong môi trường nuôi cấy đạt được bằng cách bổ sung một chất hữu cơ (ví dụ: HEPES) hoặc dựa trên CO₂-bicarbonate. Bởi vì độ pH của môi trường phụ thuộc vào sự cân bằng của carbon dioxide hòa tan (CO₂) và bicarbonate (HCO₃,), những thay đổi của nồng độ CO₂ trong không khí xung quanh có thể làm thay đổi độ pH của môi trường. Do đó, cần phải sử dụng CO₂ ngoại sinh khi sử dụng bộ đệm dựa trên CO₂-bicarbonate, đặc biệt khi các tế bào được nuôi cấy trong các đĩa mở hoặc các dòng tế bào biến đổi được nuôi cấy tại nồng độ cao. Trong khi hầu hết các nhà nghiên cứu thường sử dụng 5-7% CO₂ trong không khí thì nồng độ 4-10% CO₂ là phổ biến cho hầu hết các thí nghiệm nuôi cấy tế bào. Tuy nhiên, mỗi loại môi trường có thể yêu cầu về nồng độ
CO₂ và nồng độ bicarbonate để đạt được độ pH và độ thẩm thấu chính xác.

Nhiệt độ

Nhiệt độ tối ưu cho tế bào nuôi cấy phần lớn phụ thuộc vào nhiệt độ cơ thể vật chủ và cơ quan mà từ đó các tế bào được phân lập (ví dụ: nhiệt độ của tế bào da có thể thấp hơn nhiệt độ của tế bào cơ xương). Nhiệt độ quá nóng là một vấn đề nghiêm trọng hơn là nhiệt độ quá thấp. Do đó, thường thì nhiệt độ trong tủ ấm được cài đặt thấp hơn một chút so với nhiệt độ tối ưu. Hầu hết các dòng tế bào phân lập từ người và động vật có vú phát triển tối ưu ở nhiệt độ 36-37^oC.

Để dễ hình dung về các kỹ thuật cơ bản trong quy trình nuôi cấy tế bào động vật, chúng tôi xin mời các bạn xem video bên dưới.