VENTAJAS Y APLICACIONES DE LOS CULTIVOS CELULARES Dra. Virginia Perdomo Células animales y parásitos Ventajas: Permiten un control preciso y fino del medio ambiente. Caracterización y homogeneidad de la muestra. Economía. Cuestiones éticas. Desventajas: a) Técnica sensible. b) Cantidad y coste. c) Inestabilidad. d) Desdiferenciación e identificación de las células. e) Validez del modelo 'in vitro'. En realidad, un cultivo celular es un disgregado celular de un tejido y se diferencia de éste en que: se ha perdido la organización espacial tridimensional propia del tejido se han perdido las interacciones entre los distintos tipos celulares y entre las células y la matriz extracelular. carece de los componentes sistémicos implicados en la regulación de la homeostasis “in vivo”, especialmente los sistemas nervioso y endocrino. La presión parcial de O2 es reducida. La energía se obtiene principalmente a través de la glicolisis, ya que el ciclo de Krebs juega un papel muy reducido. Por tanto, hemos de ser precavidos en cuanto a la validez de los resultados obtenidos “in vitro” porque pueden diferir de lo que pueda observarse “in vivo”. Aplicaciones: Investigación Básica Actividad intracelular. Estudia los mecanismos implicados en los diferentes procesos intracelulares, como por ej: transcripción de DNA, síntesis de proteínas, metabolismo energético, ciclo celular, diferenciación, apoptosis, etc. Flujo intracelular de biomoléculas. Estudia los movimientos intracelulares de sustancias y señales asociadas a los diferentes procesos fisiológicos. Ej.: procesamiento del ARN, el movimiento del ARN desde el núcleo hacia el citoplasma, el movimiento de las proteínas hacia diversas organélas, el ensamblaje y desensamblaje de los microtúbulos, etc. Genómica y proteómica. Análisis genético, infección, transformación celular, inmortalización, senescencia, expresión génica, rutas metabólicas, etc. Ecología celular. El estudio de las condiciones ambientales responsables del mantenimiento de la funcionalidad celular y de su diferenciación, el estudio de las necesidades nutricionales, la cinética de la población celular, etc. Interacciones celulares. Estudia los procesos de inducción embrionaria, cooperación metabólica, inhibición por contacto o por adhesión, interacciones célula-célula. Ejemplo: morfogénesis, proliferación celular, adhesión celular, interacciones con la matriz, invasión celular, etc. Western blot Real time PCR MTT-Viabilidad celular Reporter Genes FAGOCITOSIS ENSAYO DE HERIDA- MIGRACIÓN CELULAR Microscopia confocal TIME-LAPSE RECORDING Fluorescence in situ hybridization (FISH) in situ molecular hybridization CITOMETRÍA DE FLUJO FUSIÓN DE CÉLULAS SOMÁTICAS: • Estudiar el control de la división celular y la expresion de genes, • Estudiar transformaciones malignas, • Obtener replicaciones virales, • Mapeo de cromosomas o genes • Producción de anticuerpos monoclonales por producción de hibridomas. TRANSFERENCIA DE ADN Aplicaciones: Investigación Aplicada Virología. establecimiento de condiciones de cultivo de virus animales y de plantas, producción de vacunas antivirales, etc. Biotecnología. producción industrial de fármacos en biorreactores (interferón, insulina, hormona de crecimiento, etc.), vacunas virales y de proteínas más complejas que son glicosiladas deben producirse en células animales. Ingeniería de proteínas. Por la producción de proteínas en líneas celulares: interferón, insulina, hormona de crecimiento. Producción de productos biológicos mediante la tecnología del ADN recombinante en cultivo celular incluyen enzimas, hormonas sintéticas, inmunobiológicos (anticuperpos monoclonales, interleucinas, linfoquinas y agentes anticancerígenos). Aplicaciones: Investigación Aplicada Inmunología. Producción de anticuerpos monoclonales, señalización, fenómenos de inflamación. Farmacología. Efecto de diversos fármacos, interacciones con el receptor, fenómenos de resistencia, etc. Ingeniería de tejidos. Producción de tejidos artificiales (piel, cartílagos) para el tratamiento de grandes quemados, injertos o autotransplantes, desdiferenciación y diferenciación inducida, etc. Cultivo de tejidos e ingeniería. El cultivo celular es un componente fundamental del cultivo de tejidos y la ingeniería de tejidos, ya que establece los conocimientos básicos del crecimiento y mantenimiento de células ex vivo. Vacunas. En la actualidad las vacunas para enfermedades como el polio, sarampión, paperas, rubeóla y varicela se producen en cultivos de células de mamíferos. En marzo del 2009 se usó esta técnica para producir la primer partida de vacunas (destinadas al testeo) para la influenza HIN1. También podrían producirse vacunas basadas en ADN recombinante con vectores derivados de adenovirus humanos, causantes del resfrío común. Aplicaciones: Investigación Aplicada Aplicaciones médicas. Es utilizado en técnicas de alto costo y complejidad, como ser, mantenimiento y producción de tejido para trasplantes, aislamiento y terapias de células madres (transplantes de médula ósea, reemplazo de piel a partir del aislamiento de queratinocitos, células cerebrales, células pancreáticas para el tratamiento de diabetes), fertilización in vitro y transferencia embrionaria, Inyección intracitoplasmática de espermatozoides, criopreservación de embriones, Cultivo de blastocistos, cocultivo los embriones, etc. Aplicaciones diagnósticas. Por ejemplo, en medicina y farmacología destacan el análisis cromosómico de células crecidas a partir de muestras de amniocentesis, detección de infecciones virales, ensayos de toxicidad, etc. Toxicología. citotoxicidad, mutagénesis, carcinogénesis, etc. Odontología. Cultivo de células madre de ligamento periodontal y células troncales de la pulpa dental, para su utilización en regeneración periodontal como herramientas de trabajo en investigación o en medicina regenerativa. Aplicaciones: Investigación Aplicada Oncología. Se utiliza para estudio in vitro de distintas células tumorales (caracterizadas o no), y son de tipo morfológicos (observación en fresco o coloraciones post fijación), funcionales (viabilidad celular, adhesión, ensayos cronogenicos, migración, actividad enzimática, citotoxicidad), mixtos (morfológicos y funcionales, como inmunofluorescencia) o cromosómicos (cariotipos, traslocaciones, regiones homogéneamente teñidas). Parasitología. Se utiliza para caracterización de cepas, estudio de resistencia a drogas, caracterización de la actividad antiparasitaria de nuevas drogas o compuestos, etc. Toxoplasma, Amebas, Giardia, Trichomonas, Leishmania, Plasmodium. Estudios de interacción y señalización celular, en la diferenciación y en el desarrollo. Salud ocupacional. Mediante ensayos citogenéticos que permiten detectar daño genético a nivel celular, donde los cultivos de linfocitos de sangre periférica son una herramienta para aplicar ensayos como: Ensayo de Micronucleos, aberraciones cromosómicas, Intercambio de Cromatides Hermanas, de trabajadores expuestos a algún agente citotóxico. Cultivo de tejidos vegetales Ventajas: El cultivo in vitro es una práctica biotecnológica que tiene muchas ventajas: favorece la reproducción y multiplicación rápida de los tejidos se obtienen cultivos sanos, libres de virus y agentes patógenes, lo cual es muy importante desde el punto de vista de la seguridad alimentaria mejor planificación durante el año dado que es posible obtener material para la siembra a lo largo de todo el año se facilita la reproducción de especies de difícil reproducción o de crecimiento lento. uniformidad y reproducibilidad obtención de un producto “superior” aplicable a un amplio espectro de especies ahorro de espacio alta tasa de multiplicación disminución de costes Ventajas de la Micropropagación Permite la obtención de plantas de alto registro fitosanitario, ya que al someter al tejido vegetal a este sistema de cultivo se eliminan totalmente las enfermedades de tipo bacteriano y fúngico y en algunas ocasiones las de tipo viral. Las plantas obtenidas por este sistema son réplicas exactas entre si y fieles copias de la planta progenitora. El número de individuos obtenidos por este método es muy superior al obtenido por cualquier otro método de propagación. En algunas ocasiones es posible acortar los tiempos de producción de plantas. Permite tener en espacios relativamente pequeños con un gran número de plantas. Facilita el almacenaje y transporte de plantas reales o potenciales. Elimina los problemas de largas cuarentenas a que son sometidas las plantas en las fronteras cuando se trata de introducirlas de un país a otro. Posibilita incrementar rápidamente nuevos materiales. Permite controlar las condiciones ambientales, debido a su independencia de los mismos (luz, temperatura y humedad controlada). Permite estudiar diversos procesos fisiológicos. Desventajas: Debido a lo sofisticado de la técnica, la micropropagación es restringida y aplicada solo en laboratorios de investigación o en grandes empresas que cuentan con recursos para el mantenimiento del proceso y hacerlo costeable económicamente, lo cual es un hecho debido a la gran cantidad de plantas que se obtienen. Es justificable el método solo en plantas con reproducción natural difícil, plantas en peligro de extinción, plantas con características importantes únicas como las transgénicas y plantas de uso ornamental con valor unitario elevado. Aplicaciones de los cultivos vegetales: Propagación masiva de plantas (micropropagación). Permite cultivar: células, tejidos, órganos, semillas, embriones y obtener individuos selectos en forma rápida (micropropagación). Clonación de individuos de características agronómicas muy deseables durante todo el año Obtención de plantas libres de virus (cultivo de meristemas). La multiplicación vegetal de plantas con reproducción lenta o dificultosa (como las orquídeas), o acelerar la producción de plantas bianuales (cultivo de meristemas). Mejora sanitaria (Microinjerto) Aplicaciones de los cultivos vegetales: Producción de semillas sintéticas Conservación de germoplasma Obtención de metabolitos secundarios (Cultivo de células y órganos vegetales en biorreactores), Ej.: mentol, paclitaxel, vincristina, taxol, y algunos edulcorantes. Producción de nuevos híbridos (micropropagación). Mejora genética de plantas Germinación de semillas. Producción de haploides. Estudios fisiológicos diversos. Muchas gracias por su atención…