ביוטכנולוגיה/גידול תרביות תאי בע"ח

סוגי תרביות

תרבית ראשונית – תרבית הטרוגנית הנגזרת ישירות מהאיבר. עם הזמן, היא הופכת להיות יותר הומוגנית, כיוון שחלק מהתאים מתים עקב חוסר יכולת לגדול בתרבית. תהליך ההכנה :

• חיתוך התאים הרצויים מהרקמה.
• טיפול באנזים טרפסין (חלבון פרוטאליטי = מפרק חלבון) לביטול מבנה הרקמה (מפרק את הקשרים בין דופנות התאים).

תרבית שניונית – מתקבלת מהעברת התאים למצע חדש. תרבית זו היא הומוגנית יותר ובדרך כלל תהיה סלקטיבית לעידוד סוג של תא אחד על פני האחרים.

קו תאים (cell line) – זהו שלב הגידול של התאים המתקבל בהעברות חוזרות ונשנות של התרבית למצע חדש. קו תאים ממוצע שורד בין 30-50 העברות ובסיומו התאים מתים.

קו תאים רציף – תאים המתרבים ללא סוף. מצב זה נוצר בעקבות תהליך ספונטני - התמרה (טרנספורמציה), שעוברים תאי עור (=פיברובלוסטים). אצל שאר התאים ניתן ליצור מצב דומה על ידי הפיכתם לתאי סרטן באמצעות טיפול בווירוס או שימוש בכימיקלים מוטגנטים וקרצינוגניים (= חומרים הגורמים לסרטן).

מושגים

• גזע תאים – שיבוט וריבוי של תא אחד לקבלת תרבית הומוגנית.
• גזע תאים כלאיים – תרבית שמקורה משני תאים שעברו איחוי, כמו למשל, היברידומות.

צורות גידול תרבית

1. בתרחיף – תאים המסוגלים לגדול בתרחיף הם תאים שמקורם ברקמה הלימפתית (תאי דם) ותאים סרטנים.
2. תאחיזה למשטח מוצק – רוב התאים זקוקים למשטח עליו יגדלו. שלבי הגידול:
   • ספיחת קולגן לצלחת הגידול.
   • הוספת התאים + הוספת פקטורי קישור (אם צריך).
   • השתטחות התאים על הצלחת.
   • חלוקה.

תנאי גידול

הבדלים בגידול תאים של בע"ח ותאים מיקרוביאליים

• גודל - ישנם גדלים שונים בין תאי מיקרוביאליים ותא בעלי חיים. תא מיקרוביאלי בדרך כלל בגודל 1.5 מיקרון, ותא בעלי חיים בדרך כלל בגודל 10 מיקרון.
• מבנה - לרוב, החיידקים המשומשים בתרביות תאים הם תאים אשר מכילים דופן כשיחה בנוסף לקרום התא, ומשמשת כך למעטפת הגנה חיצונית. לעומת זאת, לתא בעלי חיים אין דופן אשר יכולה להגן על התא, וכך מכילה רק את קרום התא, ומשאירה אותה רגישה לכל פגיעה אפשרית.
• זמן חלוקת התא - תא מיקרוביאלי אלו תאים אשר מתחלקים במהירות (כגון חיידק E. Coli), לעומת זאת תא בע״ח מתחלקים באיטיות.
• מצע הגידול -

חיידקים דורשים למקורות פחמן, חנקן, זרחן, מלחים, וחומרים חיוניים (כגון: חומצות אמינו, נוקליאטידים).

מצע הגידול של תא בע״ח מכיל חומצות אמינו, ויטמינים, מלחים, גלוקוז, חומרים אנטיביוטיים, וסרום. חומרים אלו מומסים במים שעברו טיהור קפדני.

החומצות אמינו משומשות כמקור חנקן לבניית חלבונים וחומצות גרעין.

ויטמינים דרושים לפעילות האנזימים.

המלחים משתמשים לבניית מערכת בופר על מנת לשמור על רמת pH קבוע בטווח 7.2-7.6.

הגלוקוז משומש קנטור אנרגיה עיקרי.

הסרום מופק מדמו של סוס, והוא מהווה מרכיב עיקרי בגידול התאים במצע הגידול (הסרום מהווה 20% ממצע הגידול). הרכב המלא ותפקידו של הסרום אינם ברורים לחלוטין, אך נראה כי הם מהווים הספקה למקור הורמונים, אפקטורים גידול, וחומרי בנייה על משטחים.

האנטיביוטיקה משמשת להגנת התאים מפני זיהום חיידי.

לאחר המסת המרכיבים במים מזוקקים שעוברים עיקור (סינון דרך ממברנה מתאימה ולא בחימום). טמפרטורת הגידול התאים היא כ-37 מעלות צלסיוס.

האוורור מכיל כ-95% חמצן כ-5% פחמן דו חמצני. ברוב המקרים, הגז מוזרם על פני שטח התרבית ומאפשר חילופי גזים איטיים על מנת למנוע תופעה של הקצפה העלולה לפגוע בתאים.

בקרה על הpH מתבצעת על ידי הוספת בסיס או חומצה למצע.

• סביבת הגידול -

פרק זה לוקה בחסר. אתם מוזמנים לתרום לוויקיספר ולהשלים אותו. ראו פירוט בדף השיחה.

קשיים ומגבלות בגידול תאי בע"ח בתרבית: שטח פנים גדול - תאים אנימליים גדלים בשכבה אחת ותופסים הרבה מקום לעומת תאים מיקרוביאליים שאינם דורשים תאחיזה (כלומר - יכולים לגדול בכמה שכבות).

תנאים הדרושים לגידול תאי בע"ח ואמצעי בקרה:

• מצע עשיר – מכיל ויטמינים, קופקטורים, חומצות אמינו, נוקלאוטידים ועוד.
• סרום – חומר המופק בדרך כלל מדם של סוסים ו/או עוברי עגלים ובו יש הורמונים ופקטורי גידול. לסרום שתי מגבלות עיקריות:
  • חומר יקר וקשה להפקה.
  • קשה לחזור על ההרכב.
• אנטיביוטיקה – למניעת זיהום.
• אוורור, טמפרטורה, לחץ, רמת חומציות – כל אלה חייבים להיות מדויקים ומאוזנים לחלוטין.

פתרונות טכנולוגיים ליצירת משטחי גידול בתעשייה

חשיבות הגדלת יחס שטח פנים לנפח של משטחי הגידול

בגלל שתרביות תאים אנימליות דורשות תאחיזה למשטח, הן זקוקות לשטח פנים גדול ומצע.

דוגמה לכך היא מיכל המכיל בתוכו מעין כדורי זכוכית ה"שטים" בו.

זוהי דוגמה טובה, מכיוון שכך התאים יכולים לשקוע ולגדול בתחתית המיכל, אבל בנוסף חלקם נתפסים על הכדור וגדלים עליו. בכל מיכל גדול יש עשרות ואפילו מאות כדורים ולכן כמות התאים הגדלים באותו מיכל גדולה בהרבה מאשר מיכל ללא כדורים.

מיקרו-נשאים

גידול תאים דורשי תאחיזה בתרחיף על מיקרו-נשאים.

מיקרו נשאים – התאים גדלים על כדור פלסטיק או זכוכית הנמצאים בתוך פרמנטור. התאים הגדלים על הכדורים מקטינים את הנפח ושומרים על שטח פנים גדול. הגידול יכול להיות מנתי או רציף:

1. מנתי - בתהליך מנתי חומרי הגלם מוכנסים לריאקטור שם מתבצע תהליך התסיסה שבו יופק התוצר. בעת הייצור הפרמנטור סגור. כאשר כמות התוצר בפרמנטור מגיעה לדרגה הרצויה, הפרמנטור מרוקן ומפרק את התוצר.

פרק הזמן שנמשך מרגע תחילת התהליך, הכנסת חומרי הגלם ועד שמתקבלים תוצר נקי, נקרא זמן ומחזור.

1. רציף - בתהליך רציף חומר הגלם מוזרם לפרמנטור באופן רציף ואיסוף נעשה במקביל.
2. מנתי מוזן (חצי רציף) - תהליך מנתי מוזן דומה בעיקרו לתהליך המנתי, אך רק חלק מחומרי הגלם מוזרמים באופן רציף ואין יציאה של התוצר תוך כדי התהליך.

יתרונות השיטה

• הפרדה קלה – הכדורים שוקעים ולכן קל להוציא את התוצר.
• אין צורך בהעברות רבות.
• סיכוי קטן ליצירת זיהומים.

גידול תאי בע"ח בקנה מידה גדול (הבקבוק הסובב Roller Bottles)

(יתכן כי הנושא אינו שייך לקטע זה, אני מניחה שהכוונה לנושא זה)

אין תמונה חופשית

מערכת הבקבוק הסובב – התאים גדלים על פני בקבוקים בעלי נפח של 2 ליטר. מצע הגידול מכיל פחות ממחצית גודל הבקבוק. הבקבוקים מסתובבים ולכן בכל רגע נתון חלק מהתאים נמצאים במגע עם המצע.