Napromieniowanie - Zastosowanie napromieniowania w laboratorium biologii komórkowej

Wprowadzenie

Rozwój wyspecjalizowanych modeli komórkowych przeznaczonych do badania antygenów, przeciwciał, różnicowania lub śmierci komórek jest bardzo istotnym aspektem w działalności laboratorium biologii komórkowej. Tworzenie komórek, które prezentują wymagany antygen celowany (tzw. APC, z ang. antigen-presenting cell), oprócz tego wytwarzają przeciwciała przeciwko określonym antygenom (tzw. hybrydomy), a także komórki odżywcze przeznaczone do badań nad komórkami macierzystymi, wymagają w pewnym momencie spowolnienia lub zatrzymania replikacji. Napromieniowanie tkanek biologicznych niskim poziomem wiązki ma wiele zastosowań. Na przykład w rolnictwie, napromienianie nasion jest jedną z metod tworzenia nowych cech roślin. Z kolei w laboratorium biologii komórkowej, niezależnie od tego, czy grupa badawcza jest zainteresowana komórkami macierzystymi, onkologią czy inną dziedziną nauki, napromieniowanie może być jednym z lepszych narzędzi do produkcji materiału biologicznego o wymaganych właściwościach.

Komórki odżywcze

Hodowle komórek odżywczych są stosowane od wielu lat w celu promowania proliferacji komórkowej, w szczególności, gdy mamy do czynienia z posiewem o niskiej gęstości. Zasadniczo, komórki odżywcze składają się z warstwy komórek zatrzymanych we wzroście (czyli niezdolnych do podziału), które dostarczają zewnątrzkomórkowe substancje (np. czynniki wzrostu, cząsteczki adhezyjne czy macierz pozakomórkową), aby pomóc innej komórce w proliferacji. W przeszłości do zatrzymania wzrostu komórek stosowano zazwyczaj promieniowanie y (ze źródłem kobaltu) lub mitomycynę C (tzw. MMC), ale koszt i dostępność naświetlaczy kobaltu były znaczną przeszkodą w kontynuowaniu tej metody. Niemniej zastosowanie komórek odżywczych jest tak bardzo ważne do utrzymania fizjologicznego zdrowia komórek macierzystych podczas ich rozwoju i różnicowania.

APC - komórki prezentujące antygen

Komórki prezentujące antygen (czyli tzw. APC) to heterogenne elementy odpornościowe zaangażowane w komórkową odpowiedź immunologiczną. Komórki te pośredniczą w odpowiedzi immunologicznej poprzez przetwarzanie i prezentację antygenów, czyli powierzchniowych cząsteczek rozpoznawanych przez limfocyty. APC obejmują komórki dendrytyczne, makrofagi, komórki Langerhansa oraz komórki B. Zazwyczaj wzrost APC był zatrzymywany metodą wykorzystująca aktynomycynę D, ale stosowano również napromieniowanie².

Hybrydomy

Hybrydomy, to specjalne struktury, które powstają z połączenia dwóch typów komórek poprzez fuzję, a następnie są stosowane do produkcji specyficznych przeciwciał. Pierwszym etapem tworzenia hybrydomów jest wstrzyknięcie docelowego antygenu mysiego, po czym zebranie komórek ze śledziony myszy, które wytwarzają dane przeciwciała, a na koniec połączenie ich z komórkami szpiczaka. Następnie, powstałe komórki są poddawane procesowi, który ma na celu zatrzymanie wzrostu komórkowego, co pozwala na przeprowadzenie selekcji i wyszukania tylko tych komórek, które wytwarzają pożądane przeciwciała. Unieśmiertelnioną linię komórkową poddaje się ostatecznie sedymentacji w celu wytworzenia przeciwciał. Napromienianie można stosować w wielu różnych aspektach dotyczących produkcji hybrydomów, w tym do zatrzymywania wzrostu komórek oraz do przygotowywania komórek odżywczych.

Apoptoza

Napromieniowanie jest również wykorzystywane w badaniach związanych ze śmiercią komórkową, czyli w procesie apoptozy. Apoptoza, to zaprogramowana śmierć komórki, która zachodzi w odpowiedzi na bodźce [w przeciwieństwie do nekrozy (martwicy), czyli śmierci komórki w wyniku urazu]. Napromienianie jest wykorzystywane jako czynnik umożliwiający badanie mechanizmu wywołującego apoptozę³.

Promieniowanie rentgenowskie a źródło izotopowe

Wydaje się, że zastosowanie promieniowania rentgenowskiego X emitowanego przez źródło elektroniczne w porównaniu z promieniowaniem rentgenowskim X emitowanym przez radioizotopy (takie jak kobalt czy cez⁴) nie wpływa na zmianę wyników testów biologicznych. Oczywiście nadal istnieje potrzeba opracowania odpowiedniego protokołu promieniowania, który będzie brał pod uwagę wszystkie niezbędne parametry takie jak: grubość komórek,  skład pożywki, rodzaj naczynia hodowlanego, w których znajdują się komórki, a także zmiany odporności komórkowej na promieniowanie.

Korzyści wynikajace z zastosowania naświetlacza stołowego w laboratorium

Niewielki, nablatowy irradiator (naświetlacz) to wyjątkowy system, który może zaoferować użytkownikom wiele korzyści w każdym laboratorium biologii komórkowej. Irradiator, dzięki zmniejszonej odległości do rdzenia napromieniacza, posiada zwiększoną wydajność. Ponadto, ze względu na fakt, że naświetlacze stołowe są elektroniczne (i generują promieniowanie rentgenowskie), to  obawy związane z substancjami radioizotopowymi, zostały całkowicie usunięte. Dzięki temu, usprawnia to system użytkowania i pozwala na szybsze podjęcie decyzji w sprawie zakupu urządzenia.

Ponadto, specjalistyczne szkolenia personelu oraz dodatkowe wymogi również zostały ograniczone lub wyeliminowane do zera. Systemy te nie wymagają skomplikowanego układu chłodniczego, dlatego można je podłączyć do standardowego gniazdka ściennego. Co wiecej, naświetlacze nie wymagają żadnych nakładów finansowych związanych z przygotowaniem pomieszczenia badawczego, ponieważ są w pełni ekranowane i spełniają wszelkie wymagania FDA dotyczące tzw. systemów szafowych. Ponadto, można je w łatwy sposób przenosić w obrębie przestrzeni laboratoryjnej lub pomiędzy budynkami (w zależności od przepisów lokalnych/krajowych).

Kolejną korzyścią stosowania naświetlaczy jest bezpieczeństwo, ponieważ w systemach tych zastosowanie środków chemicznych, takich jak aktynomycyna D, mitomycyna C (MMC) czy hipoksantyna-aminopteryna-tymidyna (tzw. HAT) zostało całkowicie wyeliminowane lub znacznie ograniczone. A oprócz tego, dzięki możliwości zastosowania naświetlaczy bezpośrednio w zwierzętarni, użytkownicy są mniej narażeni na ekspozycję na antygeny zwierzęce.

Referencje

1) Efficient feeder cells preparation system for large-scale preparation and application of induced pluripotent stem cells.

Pengdong Li, Shichao Wang, Lixiang Zhan, Xia He, Guangfan Chi, Shuang Ly, Ziran Xu, Yuhan Xia, Shuzhi Teng, Lisha Li & Yulin Li. Scientific Reports volume 7, Article number: 12266 (2017).

2) Peptide-b2-microglobulin-major histocompatibility complex expressing cells are potent antigen-presenting cells that can generate specific T cells.

Sonja Obermann, Susanne Petrykowska, Michael P. Manns, Firouzeh Korangy and Tim F. Greten. Immunology, 122, 90-97 (2007).

3) Regulation of Apoptosis aha Radiation Sensitization in Lung Cancer Cells via the Sirt1/NF-kB/Smac Pathway.

Kaihua Ji, Xiaohui Sun, Yang Liu, Liging Du, Yan Wang, Ningning He, Jinhan Wang, Chang Xu, and Qiang Liu. Cell Physiol Biochem 48:304-316 (2018).

4) Comparison of Cesium-137 and X-ray Irradiators by Using Bone Marrow Transplant Reconstitution in C57BL/6J Mice.

Brian W Gibson, Nathan C Boles, George P Souroullas, Alan J Herron, Joe K Fraley, Rebecca S Schwiebert, John J Sharp, and Margaret A Goodell.
Comparative Medicine Vol 65, No 3 Pages 165-172 (2015).