Culture cellulaire

Définition

La culture cellulaire est un processus complexe par lequel les cellules, procaryotes ou eucaryotes, sont cultivées dans des conditions contrôlées, en général à l'extérieur de leur environnement naturel. Dans la pratique, l'expression culture cellulaire se réfère à la mise en culture de cellules dérivées d'eucaryotes multicellulaires, notamment les cellules animales.

Cependant, il y a aussi des cultures de plantes, les champignons, les insectes et les microbes, y compris les virus, les bactéries et les protistes. L'évolution historique et les méthodes de culture cellulaire sont étroitement liées à celles de la culture de tissus et la culture d'organes.

Une culture cellulaire :

Une culture cellulaire peut se réaliser dans un récipient spécial de culture tissulaire, comme une boîte de Pétri.

Explications

Le laboratoire technique de maintien de lignées de cellules vivantes (une population de cellules dérivées d'une seule cellule et contenant la même composition génétique) séparé de la source de tissu d'origine est devenue plus forte au milieu du 20^ème siècle.

Isolement cellulaire

Les cellules peuvent être isolées des tissus pour des cultures in vitro de plusieurs façons. Les cellules peuvent être facilement purifiées à partir du sang, mais seuls les leucocytes sont capables de se développer en culture. Les cellules mononucléaires peuvent être libérées des tissus mous par hydrolyse enzymatique avec des enzymes telles que la collagénase, la trypsine ou la pronase, qui dégradent la matrice extracellulaire.

En variante, des morceaux de tissu peuvent être placés dans un milieu de croissance, et les cellules en croissance conviennent pour la culture. Cette méthode est connue sous le nom de culture d'explant.

Les cellules qui sont cultivées directement à partir d'un sujet sont appelées cellules primaires. À l'exception de certains dérivés tumoraux, la plupart des cultures cellulaires primaires ont une durée de vie limitée. Après un certain nombre de divisions, les cellules entrent dans le processus de sénescence et cessent de se diviser, conservant généralement leur viabilité.

Maintien des cellules en culture

Les cellules sont cultivées et maintenues à une température et un mélange gazeux appropriés (habituellement 37 °C, 5 % de CO₂ et 95 % de O₂) dans un incubateur de cellules. Les conditions de culture varient largement pour chaque type de cellule, et des conditions variables pour un type cellulaire particulier peuvent entraîner l'expression de différents phénotypes.

En plus de la température et du mélange de gaz, le facteur le plus souvent varié dans les systèmes de culture est le milieu de croissance pour la culture cellulaire. Les recettes pour les milieux de culture peuvent varier en fonction du pH, de la concentration en glucose, des facteurs de croissance et de la présence d'autres composants nutritifs. Les facteurs de croissance utilisés pour compléter les milieux sont souvent dérivés de sang animal, tel que le sérum bovin. Ces ingrédients dérivés du sang présentent une contamination potentielle par des virus ou des prions provenant des produits pharmaceutiques dérivés.

Actuellement, il existe une tendance à minimiser ou à éliminer l'utilisation de ces ingrédients dans la mesure du possible. Les stratégies d'approvisionnement alternatif impliquent le sang d'animaux provenant de pays avec un risque minimal d'encéphalopathie spongiforme bovine, comme l'Australie et la Nouvelle-Zélande, et l'utilisation de concentrés nutritifs purifiés dérivés du lactosérum au lieu du sérum animal entier pour la culture cellulaire.

Les cellules peuvent croître en suspension ou adhérer. Certaines cellules vivent naturellement sans adhérer à une surface, comme celles qui existent dans la circulation sanguine. D'autres ont besoin d'une surface, comme la plupart des cellules dérivées de tissus solides. Les cellules qui poussent sans se lier à une surface sont appelées cultures en suspension.

Certaines cultures cellulaires adhérentes peuvent se développer dans le plastique pour la culture tissulaire, qui peut être revêtue de composants de la matrice extracellulaire pour augmenter leurs propriétés d'adhésion et fournir d'autres signaux nécessaires à la croissance et à la différenciation.

Un autre type de culture adhérente est la culture organotypique qui consiste à cultiver les cellules dans un environnement tridimensionnel contrairement aux plaques de culture bidimensionnelles. Ce type de culture 3D est biochimiquement et physiologiquement similaire au tissu vivant. Cependant, il présente des difficultés techniques dues à plusieurs facteurs (par exemple : diffusion).

Manipulation de cellules en culture

Puisque les cellules sont habituellement en division continue pendant la culture, il est normal qu'elles se développent pour occuper toute la surface ou tout le volume disponible. Cela peut générer plusieurs problèmes :

• L'épuisement des éléments nutritifs de l'environnement.
• L'accumulation de cellules apoptotiques ou nécrotiques.
• L'inhibition de la division cellulaire par contact : les contacts entre cellules peuvent déclencher un arrêt du cycle cellulaire.
• La différenciation cellulaire promiscueuse causée par des contacts intercellulaires.

Ces problèmes peuvent être résolus par des méthodes de culture cellulaire en stérilité. L'objectif de ces méthodes est d'éviter la contamination par des bactéries ou des levures qui seraient en compétition pour les nutriments et / ou pourraient infecter et donc éliminer les cellules.

Toute manipulation est généralement effectuée dans une hotte à flux laminaire pour empêcher l'entrée de micro-organismes contaminants. Les antibiotiques peuvent également être ajoutés au milieu de culture.

Parmi les manipulations les plus courantes effectuées dans des cultures cellulaires, on trouve les changements de milieu, le passage des cellules et la transfection (et transduction).

Applications de la culture cellulaire

La culture de masse des lignées cellulaires animales est fondamentale pour la fabrication de vaccins viraux et de divers produits biotechnologiques. Les produits biologiques produits par la technologie de l'ADN recombinant en culture cellulaire comprennent les enzymes, les hormones synthétiques, les substances immunobiologiques (anticorps monoclonaux, interleukines, lymphokines et agents anticancéreux).

Bien que de nombreuses protéines puissent être produites par l'ADN recombinant dans des cultures bactériennes, les protéines plus complexes qui sont glycosylées (modifiées par l'ajout d'hydrates de carbone) doivent être produites dans des cellules animales. Un exemple pertinent de telles protéines complexes est l'hormone érythropoïétine.

Actuellement, des recherches sont en cours pour produire de telles protéines complexes dans des cellules d'insectes ou des plantes supérieures, en raison du coût élevé impliqué dans la production de telles protéines complexes dans des cellules de mammifères.

En rapport avec "culture cellulaire"

• acellulaire

  

  Un élément biologique acellulaire distingue une structure biologique dépourvue de cellules, ou d'appareil cellulaire.

• adhésion cellulaire

  

  L'adhésion cellulaire est un processus dynamique qui est particulièrement évident lorsque les cellules non adhésives deviennent rapidement adhésives. Ex.

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