Colture di cellule animali: far crescere le cellule fuori dal corpo

Che cos'è la coltura di cellule animali?

La coltura di cellule animali consiste nel far crescere cellule prese da un animale o da una persona fuori dal corpo, in un contenitore chiuso e pulito. Si chiama anche coltura in vitro, cioè "nel vetro".

Le cellule animali sono più difficili da coltivare dei batteri o delle cellule vegetali. Hanno bisogno di:

• Un ambiente sterile: si lavora sotto una cappa a flusso laminare (un armadio con aria pulita), con strumenti sterili.
• Un terreno di coltura: un cibo liquido con glucosio (zucchero), amminoacidi, sali, vitamine e spesso siero (la parte liquida del sangue, per esempio il siero fetale bovino) che fornisce fattori di crescita. Si possono aggiungere antibiotici per fermare i germi.
• Le condizioni giuste: 37 °C (la temperatura del corpo), pH circa 7.2–7.4 e 5% di anidride carbonica nell'incubatore. La CO₂ lavora insieme al bicarbonato del terreno per mantenere stabile il pH.

La maggior parte delle cellule dei tessuti è aderente: deve attaccarsi a una superficie per crescere. Le cellule del sangue e alcune altre crescono invece galleggiando nel liquido: questa è una coltura in sospensione.

Metodi di coltura: coltura primaria, subcoltura e linee cellulari

Coltura primaria

Un piccolo pezzo di tessuto viene tagliato e trattato con un enzima come la tripsina o la collagenasi. Questo stacca le cellule l'una dall'altra. Le cellule vengono messe in una fiasca con il terreno. Questa prima coltura, fatta direttamente dal tessuto, è la coltura primaria.

Crescita e confluenza

Le cellule si attaccano, si allargano e si dividono. Quando coprono tutto il fondo in uno strato solo (un monostrato), sono confluenti. Le cellule normali allora smettono di dividersi perché si toccano. Questa si chiama inibizione da contatto.

Subcoltura (passaggio)

Per far continuare a crescere le cellule, le stacchiamo con la tripsina e le dividiamo in nuove fiasche con terreno fresco. Ogni divisione è un passaggio.

Linee cellulari

• Linea cellulare finita: le cellule normali si dividono solo un numero limitato di volte (circa 40–60 divisioni) e poi si fermano. Questo limite si chiama limite di Hayflick.
• Linea cellulare continua (immortale): cellule che possono dividersi senza fine, spesso cellule tumorali o modificate. La famosa linea HeLa viene da un tumore del collo dell'utero del 1951 ed è ancora usata nei laboratori di tutto il mondo.

Le cellule si possono congelare in azoto liquido (−196 °C) e risvegliare dopo anni. Questa tecnica si chiama crioconservazione.

Gli usi della coltura di cellule animali

• Vaccini: i virus crescono solo dentro cellule vive, quindi i vaccini contro polio, rabbia, morbillo e altre malattie si producono in cellule coltivate.
• Farmaci (proteine ricombinanti): a cellule come le CHO si dà un gene umano, e poi producono proteine come i fattori della coagulazione, l'eritropoietina o l'interferone.
• Anticorpi monoclonali: un ibridoma (una cellula che produce anticorpi fusa con una cellula tumorale) cresce per sempre e produce un solo anticorpo puro, usato nei test e nelle cure contro il cancro.
• Test di farmaci e sostanze chimiche: gli scienziati controllano se un nuovo farmaco o cosmetico danneggia le cellule, così si usano meno animali.
• Ingegneria dei tessuti: cellule della pelle si fanno crescere in lembi per coprire ustioni gravi; si stanno coltivando anche cartilagine e altri tessuti.
• Ricerca e diagnosi: studio di cancro, invecchiamento e virus; controllo dei cromosomi di un bambino non ancora nato (si coltivano le cellule dell'amniocentesi).
• PMA/FIVET: un ovulo e uno spermatozoo si incontrano in una piastra e il primo embrione cresce per alcuni giorni nel terreno di coltura.

La tecnologia delle cellule staminali

Una cellula staminale è una cellula non specializzata. Ha due poteri: può autorinnovarsi (fare copie di sé) e può differenziarsi (trasformarsi in cellule speciali come quelle nervose, muscolari o del sangue).

• Le cellule staminali embrionali vengono da un embrione molto giovane (di circa 5 giorni). Sono pluripotenti: possono diventare quasi qualsiasi cellula del corpo.
• Le cellule staminali adulte si trovano nel midollo osseo, nella pelle, nel grasso e in altri tessuti. Sono multipotenti: producono solo pochi tipi di cellule affini. Le staminali del midollo osseo producono tutte le cellule del sangue.
• Il sangue del cordone ombelicale è ricco di cellule staminali del sangue. Alcune famiglie lo conservano nelle banche del cordone.
• Le cellule staminali pluripotenti indotte (iPS): nel 2006 gli scienziati hanno aggiunto alcuni geni a normali cellule della pelle e le hanno riportate allo stato pluripotente. Così non servono gli embrioni.

Usi: trapianti di midollo osseo per leucemia e talassemia, riparazione della cornea, ricerca su malattie come il Parkinson e il diabete, test di farmaci su cellule umane. Dubbi: l'uso degli embrioni solleva questioni etiche, e le staminali coltivate a volte possono formare tumori, quindi le terapie vanno provate con molta attenzione.

Formule e definizioni chiave

• Cellule dopo n raddoppi = cellule iniziali × 2ⁿ
• Numero di raddoppi n = tempo ÷ tempo di raddoppio
• Condizioni: 37 °C, pH ≈ 7.4, 5% CO2, terreno sterile
• Coltura primaria → subcoltura (passaggio) → linea cellulare finita o continua

Esempi svolti

Errori comuni

• Pensare che le cellule animali crescano in semplice acqua e zucchero. Servono amminoacidi, vitamine, sali, fattori di crescita (siero) e un pH stabile.
• Confondere coltura primaria e linea cellulare. La coltura primaria viene direttamente dal tessuto; la linea cellulare è ciò che continua a crescere dopo le subcolture.
• Pensare che la CO2 sia cibo per le cellule animali. Il 5% di CO2 serve solo a tenere stabile il pH del terreno.
• Pensare che tutte le cellule staminali possano diventare qualsiasi cellula. Solo quelle pluripotenti (embrionali, iPS) possono; le staminali adulte producono solo pochi tipi.