I metodi biologici si dividono in due differenti tipologie: in vivo e in vitro.
I metodi biologici in vivo consistono nell’uso di organismi viventi nella loro integrità, per esempio gli esperimenti sugli animali da laboratorio.
In vitro, invece, riguardano fenomeni biologici riguardanti lo studio dell’interazione tra le cellule di un organo di interesse, solitamente coltivate in contenitori detti plate o flask.
Tipi di colture cellulari
Le colture in vitro si differenziano in diverse categorie: colture d’organo, colture di tessuto, colture di frazioni subcellulari e colture cellulari. A loro volta, quest’ultime, si differenziano in tre tipi: le colture primarie, quelle secondarie o subcolture e le colture continue. Nelle colture primarie si riescono a distinguere le linee cellulari a vita finita, continue e clonali. Nel primo caso la linea cellulare, formata da cellule cromosomiche diploidi, ha un limite alla sua capacità di espansione e per questo, dopo un po’ di tempo la coltura muore. Nel secondo caso, invece, si tratta di linee cellulari le quali, sia per mutazione spontanea, sia per mutazione indotta, riescono a riprodursi continuamente. Infine, le linee cellulari clonali si ottengono attraverso un processo di mitosi, cioè la riproduzione asessuata che comprende la divisione cellulare previa replicazione del DNA, grazie alla quale da una cellula nascono due cellule figlie identiche; questo tipo di linee cellulari è usato principalmente quando si ha bisogno che le cellule di studio siano simili fra loro. Analizzando nello specifico la suddivisione delle linee cellulari possiamo identificare alcune cellule coltivabili:
- le colture a breve termine che si riproducono e poi muoiono, e quelle a lungo termine che invece si dividono illimitatamente;
- le colture in monostrato che si moltiplicano fino ad occupare tutto lo spazio disponibile, finché la riproduzione non rallenta a causa del limite del contenitore (confluenza).
- le colture in sospensione non aderiscono al supporto utilizzato, ma rimangono per l’appunto in sospensione nel terreno di coltura: un esempio sono le cellule tumorali;
- le colture clonali, dove ogni cellula si comporta come fosse da sola nel recipiente e cerca di invadere tutto lo spazio che le riesce moltiplicandosi;
- le co-colture, ovvero colture di cellule distinte coltivate nel medesimo recipiente;
- le colture organotipiche, ossia una tecnica di coltura tridimensionale molto utilizzata negli studi di biomedica.
Per assicurarsi che gli esperimenti vengano eseguiti con successo, bisogna innanzitutto avere un ambiente di coltura adatto alle cellule che si stanno coltivando: giusta temperatura, corretta fase gassosa, adeguato terreno di coltura e pH. In particolare, il terreno (Fig. 1) deve essere ricco di componenti essenziali ad esempio una corretta quantità di amminoacidi, e soprattutto non deve essere tossico per le cellule. Inoltre, ogni terreno deve fornire vitamine, minerali, ioni inorganici, elementi per la costruzione delle macromolecole e sostegni per il metabolismo energetico. In commercio è possibile trovare terreni di coltura precostituiti, ossia già dotati di elementi utili per la sopravvivenza delle cellule (mezzo definito), in alternativa, è possibile acquistare un terreno neutro al quale verranno aggiunti additivi biologici come ad esempio il siero (mezzo con aggiunta di siero). I fattori che permettono la crescita delle cellule in vitro sono gli elementi nutritivi di base, già presenti nel terreno, e i fattori di crescita e adesione che sono solitamente presenti nel siero.
Vantaggi e limiti delle colture cellulari
Le colture cellulari rientrano, come primo approccio, nei metodi di ricerca scientifica più sviluppati e vantaggiosi per gli studi di interazione cellulare, infatti, è possibile studiare e sperimentare accuratamente anche su cellule animali umane. Inoltre, le colture cellulari permettono di ottenere risultati in breve tempo con metodiche di lavoro meno complesse, costi più bassi e con possibilità di tenere sotto controllo le condizioni sperimentali, garantendo la riproducibilità del test. Ci sono, però, dei limiti in questi tipi di studi:
- È necessaria grandissima precisione e manualità, ed è richiesto un ambiente asettico in quanto le contaminazioni potrebbero inficiare il risultato atteso.
- I terreni di coltura devono garantire la sopravvivenza delle cellule coltivate
- Glie esperimenti in vitro sono nella maggior parte dei casi fini a sé stessi in quanto non è presente l’interazione con altre cellule diverse dell’organismo. Per questo motivo, una volta ottenuto il risultato sperimentale è necessario testarlo in vivo così da poter valutare eventuali dinamiche a livello sistemico.
Autore: Emma Giometti
Classe III^B
Scuola secondaria di I grado – Istituto Orsoline di San Carlo, Milano
Progetto divulgazione scientifica AIB&OSC
Docente responsabile: Elisa Mapelli Mozzi
Bibliografia
Gian Luigi Mariottini: Introduzione alle colture cellulari. II edizione.
AIB - Associazione Italiana Biotech 