کاربردهای کشت سلولی

کشت سلولی یکی از ابزارهای اصلی در زیست‌شناسی سلولی و مولکولی است و سیستم‌های مدل عالی برای مطالعه فیزیولوژی و بیوشیمی طبیعی سلول‌ها (مانند مطالعات متابولیکی، پیری)، اثرات داروها و ترکیبات سمی بر سلول‌ها، و موتاژنز و کارسینوژنز فراهم می‌کند. همچنین در غربالگری و توسعه داروها و تولید مقیاس بزرگ ترکیبات زیستی (مانند واکسن‌ها، پروتئین‌های درمانی) استفاده می‌شود. مزیت اصلی استفاده از کشت سلولی برای هر یک از این کاربردها، ثبات و تکرارپذیری نتایج است که از استفاده از دسته‌ای از سلول‌های کلونال به دست می‌آید.

 

بخش دوم: آزمایشگاه کشت سلولی

ایمنی

علاوه بر خطرات ایمنی معمول در اکثر محیط‌های کاری مانند خطرات الکتریکی و آتش‌سوزی، آزمایشگاه کشت سلولی دارای خطرات خاصی مرتبط با دستکاری سلول‌ها و بافت‌های انسانی یا حیوانی، و همچنین حلال‌ها و معرف‌های سمی، خورنده یا موتاژنیک است. شایع‌ترین این خطرات شامل سوراخ شدن تصادفی با سوزن‌های سرنگ یا سایر اشیاء تیز آلوده، پاشیده شدن یا ریختن مواد روی پوست و غشاهای مخاطی، بلع از طریق پیپت زدن با دهان، و قرار گرفتن در معرض آئروسل‌های عفونی است.

هدف اصلی هر برنامه ایمنی زیستی، کاهش یا حذف قرار گرفتن کارگران آزمایشگاه و محیط خارجی در معرض عوامل زیستی بالقوه مضر است. مهم‌ترین عنصر ایمنی در آزمایشگاه کشت سلولی، رعایت دقیق شیوه‌ها و تکنیک‌های میکروبیولوژی استاندارد است.

سطوح ایمنی زیستی

مقررات و توصیه‌های ایمنی زیستی در ایالات متحده در سندی با عنوان “ایمنی زیستی در آزمایشگاه‌های میکروبیولوژی و زیست‌پزشکی” که توسط مراکز کنترل و پیشگیری از بیماری‌ها (CDC) و مؤسسات ملی بهداشت (NIH) تهیه شده و توسط وزارت بهداشت و خدمات انسانی ایالات متحده منتشر شده است، ارائه شده‌اند. این سند چهار سطح افزایشی از محافظت را تعریف می‌کند که به عنوان سطوح ایمنی زیستی ۱ تا ۴ شناخته می‌شوند و شیوه‌های میکروبیولوژی، تجهیزات ایمنی، و اقدامات حفاظتی آزمایشگاهی را برای سطح خطر مرتبط با دستکاری یک عامل خاص توصیف می‌کند.

• سطح ایمنی زیستی ۱ (BSL-1): این سطح پایه‌ای از حفاظت است که در اکثر آزمایشگاه‌های تحقیقاتی و بالینی رایج است و برای عواملی مناسب است که شناخته شده‌اند که در انسان‌های سالم و طبیعی بیماری ایجاد نمی‌کنند.

• سطح ایمنی زیستی ۲ (BSL-2): این سطح برای عوامل با خطر متوسط که شناخته شده‌اند که از طریق بلع یا قرار گرفتن از طریق پوست یا غشاهای مخاطی باعث بیماری انسانی با شدت‌های مختلف می‌شوند، مناسب است. اکثر آزمایشگاه‌های کشت سلولی باید حداقل در سطح BSL-2 باشند، اما الزامات دقیق به نوع خط سلولی مورد استفاده و نوع کار انجام‌شده بستگی دارد.

• سطح ایمنی زیستی ۳ (BSL-3): این سطح برای عوامل بومی یا خارجی با پتانسیل شناخته‌شده برای انتقال از طریق آئروسل و برای عواملی که ممکن است باعث عفونت‌های جدی و بالقوه کشنده شوند، مناسب است.

• سطح ایمنی زیستی ۴ (BSL-4): این سطح برای عوامل خارجی که خطر بالایی برای بیماری‌های تهدیدکننده حیات از طریق آئروسل‌های عفونی ایجاد می‌کنند و هیچ درمانی برای آن‌ها در دسترس نیست، مناسب است. این عوامل به آزمایشگاه‌های با محافظت بالا محدود می‌شوند.

 

برگه اطلاعات ایمنی (SDS)

برگه اطلاعات ایمنی (SDS)، که به عنوان برگه اطلاعات ایمنی مواد (MSDS) نیز شناخته می‌شود، فرمی است که اطلاعات مربوط به خواص یک ماده خاص را شامل می‌شود. SDS شامل داده‌های فیزیکی مانند نقطه ذوب، نقطه جوش، و نقطه اشتعال، اطلاعات در مورد سمیت، واکنش‌پذیری، اثرات بهداشتی، ذخیره‌سازی، و دفع ماده، و همچنین تجهیزات حفاظتی توصیه‌شده و روش‌های رسیدگی به ریختن مواد است.

تجهیزات ایمنی

تجهیزات ایمنی در آزمایشگاه کشت سلولی شامل موانع اولیه مانند کابینت‌های ایمنی زیستی، ظروف بسته، و سایر کنترل‌های مهندسی طراحی‌شده برای حذف یا به حداقل رساندن قرار گرفتن در معرض مواد خطرناک، و همچنین تجهیزات حفاظت شخصی (PPE) است که اغلب همراه با موانع اولیه استفاده می‌شود. کابینت ایمنی زیستی (یعنی هود کشت سلولی) مهم‌ترین تجهیزات برای محافظت از پاشش‌ها یا آئروسل‌های عفونی تولیدشده توسط بسیاری از روش‌های میکروبیولوژی و همچنین جلوگیری از آلودگی کشت سلولی شما است.

 

تجهیزات حفاظت شخصی (PPE)

تجهیزات حفاظت شخصی (PPE) یک مانع فوری بین پرسنل و عامل خطرناک ایجاد می‌کنند و شامل اقلامی برای حفاظت شخصی مانند دستکش، روپوش‌ها و گان‌های آزمایشگاهی، پوشش‌های کفش، چکمه‌ها، ماسک‌های تنفسی، محافظ‌های صورت، عینک‌های ایمنی یا گاگل‌ها هستند. این تجهیزات اغلب در ترکیب با کابینت‌های ایمنی زیستی و سایر دستگاه‌هایی که عوامل یا مواد در حال دستکاری را نگه می‌دارند، استفاده می‌شوند. توصیه می‌کنیم که دستورالعمل‌های مؤسسه خود را برای استفاده مناسب از PPE در آزمایشگاه خود بررسی کنید.

 

شیوه‌های ایمن آزمایشگاهی

توصیه‌های زیر تنها دستورالعمل‌هایی برای شیوه‌های ایمن آزمایشگاهی هستند و نباید به عنوان یک کد کامل از عمل تفسیر شوند. با کمیته ایمنی مؤسسه خود مشورت کنید و قوانین و مقررات محلی مربوط به ایمنی آزمایشگاهی را دنبال کنید.

• همیشه تجهیزات حفاظت شخصی مناسب را بپوشید. دستکش‌های آلوده را تعویض کنید و دستکش‌های استفاده‌شده را همراه با سایر زباله‌های آلوده آزمایشگاهی دور بیندازید.

• پس از کار با مواد بالقوه خطرناک و قبل از خروج از آزمایشگاه، دست‌های خود را بشویید.

• در آزمایشگاه غذا نخورید، ننوشید، سیگار نکشید، لنزهای تماسی را دستکاری نکنید، لوازم آرایشی استفاده نکنید، یا مواد غذایی برای مصرف انسانی ذخیره نکنید.

• سیاست‌های مؤسسه در مورد دستکاری ایمن اشیاء تیز (مانند سوزن‌ها، تیغ‌ها، پیپت‌ها، و شیشه‌های شکسته) را دنبال کنید.

• ایجاد آئروسل‌ها و/یا پاشش‌ها را به حداقل برسانید.

• تمام سطوح کاری را قبل و بعد از آزمایش‌ها و بلافاصله پس از هر گونه ریختن یا پاشش مواد بالقوه عفونی با یک ضدعفونی‌کننده مناسب تمیز کنید. تجهیزات آزمایشگاهی را به طور منظم تمیز کنید، حتی اگر آلوده نباشند.

• تمام مواد بالقوه عفونی را قبل از دفع ضدعفونی کنید.

• هر گونه حادثه‌ای که ممکن است منجر به قرار گرفتن در معرض مواد عفونی شود را به پرسنل مناسب (مانند سرپرست آزمایشگاه، مسئول ایمنی) گزارش دهید.

 

تجهیزات آزمایشگاه کشت سلولی

الزامات خاص یک آزمایشگاه کشت سلولی عمدتاً به نوع تحقیقات انجام‌شده بستگی دارد؛ برای مثال، نیازهای یک آزمایشگاه کشت سلولی پستانداران که در تحقیقات سرطان تخصص دارد، کاملاً متفاوت از آزمایشگاه کشت سلولی حشرات است که بر بیان پروتئین تمرکز دارد. با این حال، تمام آزمایشگاه‌های کشت سلولی نیاز مشترک به عاری بودن از میکروارگانیسم‌های بیماری‌زا (یعنی آسپسیس) دارند و برخی از تجهیزات پایه‌ای یکسانی را به اشتراک می‌گذارند که برای کشت سلول‌ها ضروری هستند.

این بخش تجهیزات و لوازم رایج در اکثر آزمایشگاه‌های کشت سلولی را فهرست می‌کند، همچنین تجهیزات مفیدی که امکان انجام کار را با کارایی یا دقت بیشتری فراهم می‌کنند یا اجازه می‌دهند طیف وسیع‌تری از آزمایش‌ها و تجزیه و تحلیل‌ها انجام شود. توجه داشته باشید که این فهرست جامع نیست؛ الزامات هر آزمایشگاه کشت سلولی به نوع کار انجام‌شده بستگی دارد.

 

تجهیزات پایه

• هود کشت سلولی (یعنی هود جریان لامینار یا کابینت ایمنی زیستی)

• انکوباتور (انکوباتور CO2 مرطوب توصیه می‌شود)

• حمام آب

• سانتریفیوژ

• یخچال و فریزر (-۲۰ درجه سانتی‌گراد)

• شمارشگر سلول (مانند شمارشگر خودکار سلول Countess® یا هماسیومتر)

• میکروسکوپ معکوس

• فریزر نیتروژن مایع (N2) یا ظرف ذخیره‌سازی سرمایی

• استریلایزر (یعنی اتوکلاو)

 

تجهیزات گسترش‌یافته

• پمپ آسپیراسیون (پریستالتیک یا خلأ)

• pH متر

• میکروسکوپ کانفوکال

• فلوسایتومتر

 

لوازم اضافی

• ظروف کشت سلولی (مانند فلاسک‌ها، پتری دیش‌ها، بطری‌های رولری، پلیت‌های چندچاهی)

• پیپت‌ها و پیپتورها

• سرنگ‌ها و سوزن‌ها

• ظروف زباله

• محیط‌ها، سرم‌ها، و معرف‌ها

• سلول‌ها

 

آزمایشگاه کشت سلولی

فضای کاری آسپتیک

نیاز اصلی یک آزمایشگاه کشت سلولی، حفظ یک فضای کاری آسپتیک است که به کارهای کشت سلولی محدود باشد. اگرچه یک اتاق کشت بافت جداگانه ترجیح داده می‌شود، یک منطقه کشت سلولی مشخص‌شده در داخل یک آزمایشگاه بزرگ‌تر همچنان می‌تواند برای دستکاری استریل، انکوباسیون، و ذخیره‌سازی کشت‌های سلولی، معرف‌ها، و محیط‌ها استفاده شود. ساده‌ترین و اقتصادی‌ترین راه برای فراهم کردن شرایط آسپتیک، استفاده از یک هود کشت سلولی (یعنی کابینت ایمنی زیستی) است.

 

هود کشت سلولی

هود کشت سلولی یک فضای کاری آسپتیک فراهم می‌کند در حالی که از پاشش‌ها یا آئروسل‌های عفونی تولیدشده توسط بسیاری از روش‌های میکروبیولوژی محافظت می‌کند. سه نوع هود کشت سلولی، به نام‌های کلاس I، II و III، برای پاسخگویی به نیازهای مختلف تحقیقاتی و بالینی توسعه یافته‌اند.

 

کلاس‌های هود کشت سلولی

• هودهای کلاس I: این هودها سطح قابل توجهی از حفاظت را برای پرسنل آزمایشگاه و محیط زیست فراهم می‌کنند، زمانی که با تکنیک‌های میکروبیولوژی خوب استفاده شوند، اما از کشت‌ها در برابر آلودگی محافظت نمی‌کنند. آن‌ها در طراحی و ویژگی‌های جریان هوا مشابه هودهای شیمیایی هستند.

• هودهای کلاس II: این هودها برای کار با مواد BSL-1، ۲ و ۳ طراحی شده‌اند و همچنین محیط آسپتیک لازم برای آزمایش‌های کشت سلولی را فراهم می‌کنند. یک کابینت ایمنی زیستی کلاس II باید برای دستکاری مواد بالقوه خطرناک (مانند کشت‌های مشتق‌شده از پستانداران، کشت‌های آلوده به ویروس، رادیوایزوتوپ‌ها، معرف‌های سرطان‌زا یا سمی) استفاده شود.

• هودهای کلاس III: این کابینت‌های ایمنی زیستی گازبند هستند و بالاترین سطح حفاظت را برای پرسنل و محیط زیست فراهم می‌کنند. یک کابینت ایمنی زیستی کلاس III برای کار با پاتوژن‌های شناخته‌شده انسانی و سایر مواد BSL-4 مورد نیاز است.

 

ویژگی‌های جریان هوا در هودهای کشت سلولی

هودهای کشت سلولی با حفظ یک جریان هوای یک‌جهته فیلترشده با HEPA بر روی فضای کاری، محیط کاری را از گرد و غبار و سایر آلاینده‌های موجود در هوا محافظت می‌کنند. جریان می‌تواند افقی باشد، به صورت موازی با سطح کاری، یا عمودی، از بالای کابینت به سمت سطح کاری. بسته به طراحی، یک هود جریان افقی می‌تواند از کشت (اگر هوا به سمت کاربر جریان داشته باشد) یا از کاربر (اگر هوا از طریق جلوی کابینت با فشار منفی داخل کابینت کشیده شود) محافظت کند. هودهای جریان عمودی، از سوی دیگر، حفاظت قابل توجهی برای کاربر و کشت سلولی فراهم می‌کنند.

 

نیمکت‌های تمیز

نیمکت‌های جریان لامینار افقی یا عمودی “تمیز” کابینت‌های ایمنی زیستی نیستند؛ این تجهیزات هوای فیلترشده با HEPA را از پشت کابینت به سمت سطح کاری به سمت کاربر تخلیه می‌کنند و ممکن است کاربر را در معرض مواد بالقوه خطرناک قرار دهند. این دستگاه‌ها تنها محافظت از محصول را فراهم می‌کنند. نیمکت‌های تمیز می‌توانند برای فعالیت‌های تمیز خاص، مانند مونتاژ بدون گرد و غبار تجهیزات استریل یا دستگاه‌های الکترونیکی، استفاده شوند و هرگز نباید هنگام دستکاری مواد کشت سلولی یا فرمولاسیون‌های دارویی، یا هنگام دستکاری مواد بالقوه عفونی استفاده شوند.