Cultivo celular para niños

El cultivo celular es un proceso especial donde se pueden hacer crecer células, ya sean de organismos muy pequeños (procariotas) o de organismos más complejos (eucariotas), en un ambiente controlado fuera de su lugar natural. Cuando hablamos de "cultivo celular", generalmente nos referimos a las células de animales, especialmente las de organismos con muchas células. La forma en que se ha desarrollado el cultivo celular está muy relacionada con el cultivo de tejidos y órganos.

Esta técnica de cultivar células animales se volvió común en los laboratorios durante los años 50. Sin embargo, la idea de mantener células vivas separadas de su tejido original se descubrió mucho antes, en el siglo XIX.

Cultivo Celular: Creciendo Células en el Laboratorio

¿Qué es el Cultivo Celular?

El cultivo celular es como tener un "jardín" de células en el laboratorio. En lugar de plantas, cultivamos células vivas en recipientes especiales. Esto nos permite estudiarlas de cerca, entender cómo funcionan, cómo crecen y cómo reaccionan a diferentes cosas. Es una herramienta muy importante en la ciencia y la medicina.

Un Poco de Historia: ¿Cómo Empezó?

La idea de mantener células vivas fuera del cuerpo no es nueva.

Primeros Pasos en el Cultivo de Células

En la década de 1880, un científico inglés llamado Sydney Ringer creó una solución salina (agua con sales) que podía mantener latiendo el corazón de un animal fuera de su cuerpo. Esta solución se conoce como solución de Ringer. Poco después, en 1885, Wilhelm Roux tomó un pedacito de la médula espinal de un embrión de pollo y lo mantuvo vivo por varios días en una solución salina tibia. Esto demostró que era posible cultivar tejidos.

Más tarde, entre 1908 y 1910, Ross Granville Harrison desarrolló métodos más avanzados para el cultivo de tejidos en la Universidad Johns Hopkins y la Universidad de Yale.

Avances Importantes para la Medicina

Las técnicas de cultivo celular mejoraron mucho en los años 40 y 50, especialmente para ayudar en la investigación de los virus. Al usar cultivos celulares para producir virus, los científicos pudieron preparar virus purificados que se usaron para crear vacunas. Por ejemplo, la vacuna contra la poliomielitis (polio) fue uno de los primeros productos hechos en gran cantidad usando estas técnicas. Esto fue posible gracias al trabajo de John Franklin Enders, Thomas Huckle Weller y Frederick Chapman Robbins, quienes ganaron un Premio Nobel por descubrir cómo cultivar virus en células de riñón de mono.

Cómo se Trabaja con Células de Mamíferos

Cómo se Obtienen las Células

Las células se pueden obtener de los tejidos de muchas maneras para cultivarlas en el laboratorio. Por ejemplo, es fácil obtener células de la sangre, aunque solo un tipo de glóbulos blancos (los leucocitos) pueden crecer bien en cultivo. De tejidos más blandos, las células se pueden liberar usando enzimas que disuelven lo que las mantiene unidas. Otra forma es colocar pequeños trozos de tejido en un medio de crecimiento, y las células que crecen a partir de ellos son las que se cultivan. Esto se llama cultivo de explantos.

Las células que se cultivan directamente de un ser vivo se llaman células primarias. La mayoría de estas células primarias tienen un tiempo de vida limitado en el laboratorio. Después de dividirse un cierto número de veces, dejan de hacerlo, aunque siguen vivas.

Manteniendo las Células Vivas y Sanas

Las células se cultivan y se mantienen a una temperatura y mezcla de gases adecuadas (normalmente, 37 grados Celsius, con 5% de dióxido de carbono y 95% de oxígeno diatómico) en un aparato llamado incubador celular. Las condiciones de cultivo pueden variar mucho para cada tipo de célula.

Además de la temperatura y los gases, lo que más se cambia en los cultivos es el medio de crecimiento para cultivo celular. Las "recetas" para estos medios pueden variar en su pH, la cantidad de glucosa, los factores de crecimiento y otros nutrientes. A veces, los factores de crecimiento se obtienen de la sangre de animales, como el suero de vaca. Para evitar posibles problemas con enfermedades que podrían afectar a los animales, se busca minimizar o eliminar el uso de estos ingredientes.

Las células pueden crecer de dos maneras: en suspensión (flotando en el líquido) o adheridas (pegadas a una superficie). Algunas células, como las de la sangre, viven naturalmente sin pegarse a nada. Otras, como la mayoría de las células de tejidos sólidos, necesitan una superficie para crecer. Las células que crecen pegadas pueden hacerlo en plásticos especiales para cultivo de tejidos, que a veces se recubren con sustancias para que se adhieran mejor. También existe el cultivo organotípico, donde las células crecen en un ambiente tridimensional, lo que las hace más parecidas a los tejidos vivos, aunque es más complicado de manejar.

Manipulando las Células en el Laboratorio

Como las células suelen dividirse continuamente en el cultivo, es normal que crezcan hasta llenar todo el espacio disponible. Esto puede causar problemas, como que se agoten los nutrientes o que se acumulen células muertas. Para evitar esto, se usan métodos especiales para mantener el cultivo limpio y sin contaminación.

Todas las manipulaciones se hacen en un lugar especial llamado campana de flujo laminar, que ayuda a evitar que entren microorganismos como bacterias o levaduras. A veces, también se añaden antibióticos al medio de cultivo.

Las manipulaciones más comunes en los cultivos celulares son: cambiar el medio, pasar las células a nuevos recipientes y la transfección.

Cambiando el Medio de Cultivo

El objetivo de cambiar el medio es darles a las células nutrientes frescos y eliminar los productos de desecho que pueden ser dañinos. Si las células están en suspensión, se separan del medio viejo y se vuelven a poner en medio nuevo. Si están adheridas, el medio viejo se quita y se reemplaza directamente por el nuevo.

Pasando las Células a Nuevos Recipientes

Pasar las células significa transferir una pequeña cantidad de ellas a un recipiente nuevo. Esto permite que las células sigan creciendo por más tiempo, ya que evita que se amontonen demasiado. En los cultivos en suspensión, es fácil: solo se toma un poco del cultivo y se diluye en medio fresco. En los cultivos adherentes, primero hay que "despegarlas" de la superficie, a menudo usando una mezcla de enzimas. Luego, una pequeña parte de esas células despegadas se siembra en un nuevo recipiente.

Introduciendo Material Genético en las Células

Otro método común es introducir ADN externo en las células, un proceso llamado transfección. Esto se hace a menudo para que las células produzcan una proteína específica que interesa a los científicos. Más recientemente, también se introduce ARN para "apagar" la producción de una proteína en particular.

El ADN también se puede introducir en las células usando virus, en métodos llamados transducción o transformación. Los virus son muy buenos para esto porque introducir ADN en las células es parte de su forma natural de reproducirse.

Líneas Celulares Famosas y su Importancia

Una de las primeras líneas celulares humanas, obtenida de Henrietta Lacks. Las células HeLa que se muestran en la imagen fueron teñidas con una sustancia que se une al ADN coloreando de azul el núcleo.

Las líneas celulares que vienen de tejidos humanos son muy importantes para la investigación médica. Una de las líneas celulares más famosas es la línea HeLa, que ha sido fundamental en muchos descubrimientos científicos.

Es importante saber que a veces, algunas líneas celulares pueden crecer más rápido que otras y, sin querer, pueden contaminar otros cultivos. La línea celular HeLa es un contaminante común. Esto no es un problema si se estudian las propiedades generales de las células, pero es muy importante en investigaciones médicas que se enfocan en un tipo específico de células.

Creando Hibridomas

Es posible unir células normales con una línea celular que puede crecer indefinidamente. Con este método, se pueden producir anticuerpos monoclonales. En resumen, se combinan células especiales del sistema inmune de un ratón con una línea celular que puede crecer sin parar. Esto crea un "hibridoma" que tiene la capacidad de producir anticuerpos específicos y la habilidad de crecer sin límite. Estas células son muy útiles para crear medicamentos y herramientas de diagnóstico.

Usos del Cultivo Celular

El cultivo de grandes cantidades de células animales es esencial para fabricar vacunas contra virus y muchos productos de biotecnología. Los productos biológicos hechos con la tecnología del ADN recombinante en cultivo celular incluyen enzimas, hormonas artificiales, anticuerpos monoclonales y agentes para tratar enfermedades. Aunque muchas proteínas se pueden producir en bacterias, las proteínas más complejas que necesitan modificaciones especiales deben producirse en células animales. Un ejemplo es la hormona eritropoyetina.

Ventajas y Desventajas de los Cultivos Celulares

Los cultivos celulares tienen muchos beneficios, pero también algunas limitaciones.

• Ventajas:

* Permiten controlar con mucha precisión el ambiente de las células: la temperatura, el pH, los niveles de oxígeno y dióxido de carbono, y los nutrientes. * Las células en cultivo son muy uniformes, lo que facilita obtener muchas copias idénticas para los experimentos. Esto ayuda a evitar la variabilidad que se encuentra al usar animales. * Son más económicos en el uso de sustancias a estudiar, ya que se necesitan cantidades mucho más pequeñas que en un animal completo.

• Desventajas:

* Son técnicas delicadas. Las células animales crecen más lento que los contaminantes comunes (como hongos o bacterias), y necesitan una mezcla compleja de nutrientes. Esto significa que se debe mantener una limpieza extrema en todo momento, lo que requiere equipo especial y personal capacitado. * El costo de producir células en el laboratorio es más alto que obtener tejido de un animal. Además, la cantidad de células que se pueden producir en un laboratorio normal es limitada. * Algunas líneas celulares pueden cambiar con el tiempo, lo que significa que la población de células puede variar. Para evitar esto, se usan líneas estables que se renuevan periódicamente a partir de muestras congeladas. * Aunque el cultivo celular no siempre puede reemplazar los estudios con animales, es una alternativa importante en muchas situaciones.

Estudios que Usan Cultivos Celulares

Los estudios que usan cultivos celulares abarcan muchas áreas de la ciencia:

• Actividad celular: Se investigan los procesos dentro de las células, como la forma en que se copia el ADN o se producen las proteínas.
• Movimiento dentro de la célula: Se estudian cómo se mueven las sustancias y las señales dentro de la célula.
• Ecología celular: Se analizan las condiciones ambientales que mantienen la función de las células, sus necesidades nutricionales o cómo se transforman.
• Interacciones entre células: Se estudian cómo las células se comunican y se influyen entre sí.

Algunas áreas de investigación que dependen mucho del cultivo celular son:

• Virología: Para estudiar cómo crecen los virus y producir vacunas.
• Investigación de enfermedades: Como el estudio de las células de cáncer.
• Inmunología: Para entender el sistema de defensa del cuerpo.
• Ingeniería de proteínas: Para producir proteínas importantes como la insulina o la hormona del crecimiento.
• Estudios de desarrollo: Para entender cómo las células se diferencian y forman tejidos.
• Aplicaciones de diagnóstico: Como el análisis de cromosomas para detectar problemas genéticos o la detección de infecciones virales.
• Aplicaciones médicas: Para mantener y producir tejidos para trasplantes.
• Aplicaciones industriales y agrícolas: Para la reproducción de plantas de interés comercial.

También se usan en la salud ocupacional para detectar daños genéticos en las células de trabajadores expuestos a ciertas sustancias.

Cultivo de Tejidos e Ingeniería

El cultivo celular es una parte fundamental del cultivo de tejidos y la ingeniería de tejidos. Proporciona los conocimientos básicos sobre cómo crecer y mantener células fuera del cuerpo, lo que es clave para crear tejidos y órganos artificiales.

Vacunas

Hoy en día, muchas vacunas para enfermedades como la polio, el sarampión, las paperas, la rubéola y la varicela se producen en cultivos de células de mamíferos. También se investiga activamente cómo producir virus para vacunas en cultivos celulares, como en el caso de la influenza.

Cultivo de Células de Otros Organismos

Métodos de Cultivo de Células de Plantas

Las células de plantas se cultivan normalmente en líquidos (suspensiones celulares) o como masas de células no diferenciadas (callos) en un medio sólido. Para que crezcan, necesitan un equilibrio adecuado de hormonas vegetales.

Métodos de Cultivo de Bacterias y Levaduras

Las pequeñas cantidades de bacterias y levaduras suelen crecer en un medio sólido con nutrientes, como el Agar-Agar. Para grandes cantidades, se cultivan en un medio líquido donde las células están en suspensión.

Métodos de Cultivo de Virus

Los virus necesitan células vivas para crecer y reproducirse. Por eso, para cultivarlos, se usa un sustrato de células de mamíferos, plantas, hongos o bacterias como "huéspedes". En las condiciones adecuadas, se pueden producir virus completos o partes de virus en células diferentes a sus huéspedes naturales.

Líneas Celulares Comunes

Aquí hay algunos ejemplos de líneas celulares que se usan mucho en la investigación:

Líneas celulares humanas

• HeLa (células de cáncer de cuello uterino)
• Hep-G2 (células de cáncer de hígado)
• HepaRG (células de cáncer de hígado)
• DU145 (células de cáncer de próstata)
• Lncap (células de cáncer de próstata)
• MCF-7 (células de cáncer de mama)
• MDA-MB-438 (células de cáncer de mama)
• PC3 (células de cáncer de próstata)
• T47D (células de cáncer de mama)
• THP-1 (células de leucemia)
• U87 (células de un tipo de tumor cerebral)
• SHSY5Y (células de un tipo de cáncer nervioso)
• Saos-2 cells (células de cáncer de hueso)

Líneas celulares de Primates

• Vero (células de riñón de mono verde africano, usadas desde 1962)

Líneas celulares de tumor de Rata

• GH3 (células de tumor de la glándula hipófisis)
• PC12 (células de un tipo de tumor de la glándula suprarrenal)

Líneas celulares de ratón

• MC3T3 (células embrionarias de la cabeza)

Líneas celulares de plantas

• Nicotiana tabaccum cv. BY-2 (células de tabaco, usadas como modelo para estudiar células vegetales)

Líneas celulares de otras especies

• Células ZF4 y AB9 de pez cebra.
• Células epiteliales de riñón canino Madin-Darby (MDCK).
• Células epiteliales de riñón de Xenopus A6 (un tipo de rana).

Véase también

En inglés: Tissue culture Facts for Kids