תרבית תאים

תרבית תאים (באנגלית: Cell culture) היא תהליך שבו תאים אאוקריוטיים או פרוקריוטיים גדלים בתנאים מבוקרים. באופן מעשי, המונח "תרבית תאים" מתייחס ברוב המקרים לגידול תאים אאוקריוטיים שהופקו מאורגניזמים רב-תאיים, בייחוד בעלי חיים וצמחים. גידול תאים בתרבית הפך לשיטה מעבדתית שגרתית החל משנות ה-50 של המאה ה-20.
ניתן לחלק את תרביות התאים לתרביות תאים נצחיות ותרביות תאים שאינן נצחיות, תרביות נצחיות - שורת תאים (Cell line) ניתן לגדל ללא הגבלת זמן, בעוד שתאי תרביות בלתי נצחיות חדלים להתחלק לאחר זמן מה בתרבית ולאחר מכן מתים, לרוב מוות תאי מתוכנן (אפופטוזיס). בתנאים מסוימים ניתן להתמיר תאים בלתי נצחיים לתאים נצחיים על ידי החדרת מספר גנים, לרוב על ידי נגיפים.

היסטוריה

בשנות השמונים של המאה ה-19 פיתח הפיזיולוג האנגלי סידני רינגר (Ringer) תמיסת יונים המכילה נתרן, אשלגן, סידן ומגנזיום המאפשרת את המשך פעילותו של לב לאחר בידודו מן הגוף - תמיסת רינגר. במקביל, הפריד ב-1885 וילהלם רו (Wilhelm Roux) חלק מעובר תרנגולת והחזיק אותו בתמיסה פיזיולוגית מחוממת למשך מספר ימים, בכך ביסס את עיקרון תרבית התאים. בתחילת המאה ה-20 פרסם רוס גרנביל הריסון את עיקרי השיטות המשמשות גידול תאים בתאים כאשר הוא משתמש בתאים שהופקו מעוברי חולייתנים.
על אף הידע שנצבר בתחום, לא הובן הפוטנציאל המדעי והרפואי הגלום בתרביות תאים עד שנות הארבעים והחמישים של המאה ה-20, כאשר בשנים אלו החל השימוש בתרביות תאים במטרה ליצור נגיפים המשמשים כחיסון. אחד החיסונים הראשונים שיוצרו בעזרת תרבית תאים היה תרכיב בחיסון של סלק נגד מחלת הפוליו, נגיפים ששימשו לחיסון זה יוצרו בתרבית של תאי כליית קוף.

בידוד התאים

ניתן לבודד תאים מרקמות לצורך גידולם בתרבית "Ex vivo" (כלומר מחוץ לגוף) בכמה אופנים. ניתן לנקות בקלות תאים מהדם, אולם רק תאי דם לבנים מסוגלים לגדול בתרבית. ניתן לשחרר תאים מרקמה עדינה באמצעות עיכול אנזימטי עם אנזימים כדוגמת קולגנאז, טריפסין ופרונאז, אשר מאפשרים ניתוק התא מהמשתית החוץ תאית, כלומר, התאים מופרדים ליחידות בודדות ומאבדים מפורמולת של הרקמה. אפשרות חלופית, היא גידול חלקים מרקמה במדיום גידול והתאים הגדלים שם ישמשו ליצירת התרבית. שיטה זו ידועה כתרבית אקספלנט (Explant culture).
התרבית הנלקחת ישירות מבעל חיים או מאדם נקראת תרבית ראשונית (Primary culture). לאחר העברת התאים מהתרבית הראשונית לכלי גידול חדש מתקבלת תרבית שניונית (Secondary culture). עם הזמן, משתנה הרכב אוכלוסיית התאים בתרביות בשל התנאים הספציפיים, הבוררים את סוגי התאים. למעט יוצאי דופן שנגזרו מגידולים, רוב התאים בתרבית הם בעלי תוחלת חיים מוגבלת, ולאחר מספר חלוקות מסוים עוברים התאים תהליך של הזדקנות תאית (Senescence) ומפסיקים להתחלק.
שורות תאים המסוגלות להתרבות ללא הגבלה (ידועות גם כקווי תאים רציפים) מתפתחות בעקבות מוטציה ספונטנית או שינוי מכוון, כדוגמת ביטוי מלאכותי של גן טלומראז. תאים אלה הם תאים שעברו התמרה. קיימות מספר שורות תאים המייצגות סוגים שונים של תאים.

תחזוקת התאים בתרבית

התאים גדלים ונשמרים בטמפרטורה מתאימה ובתערובת גז (לרוב 37 מעלות צלזיוס ו-3% CO₂) באינקובטור. תנאי התרבית משתנים בין תרביות של סוגי תאים שונים, ושינויים בתנאי הגידול של סוג תא מסוים עשויים לגרום לפנוטיפים שונים להתבטא.
בנוסף לערבוב הגז ולטמפרטורה, במערכות תרבית שונות נעשה שימוש במדיום גידול שונה. במדיומי גידול שונים קיימים הבדלים בתנאי ה-pH, ריכוזי הגלוקוז, פקטורי גידול, ונוכחותם של חומרים מזינים נוספים. פקטורי הגידול המשמשים כתוספת למדיה ומופקים לעיתים קרובות מדם בעלי חיים, כדוגמת סרום של עגל. מרכיבים אלו מגבירים את הסיכויים לזיהום של מוצרים בנגיפים ובפריונים. כיום נעשים מאמצים למזער או אף להוציא משימוש מרכיבים אלו היכן שניתן.
חלק מהתאים חיים באופן טבעי בלי צורך במשטח תומך, כדוגמת תאים הנמצאים בזרם הדם. תרבית תאים מסוג זה נקראת תרבית תרחיף תאים (Suspension cultures). לעומתם תאים אחרים, כדוגמת רוב התאים הנלקחים מרקמות מוצקות, דורשים משטח תומך ואלו נקראים תאים דורשי תאחיזה. תאים אלו, ניתן לגדל על פלסטיק לתרבית רקמה שניתן לצפותו במרכיבי משתית חוץ תאית (כגון קולגן או פיברונקטין) להגברת תכונות התמיכה שלו וכדי שיספק תנאים נוספים החיוניים לגידול.

שורות תאים אנושיות

שורות תאים שנוצרו מבני אדם מעוררות סוגיות ביואתיות, מאחר שהם יכולים להאריך ימים מעבר לחייו של אורגניזם האב ויכולים לשמש בהמשך בגילוי טיפולים רפואיים רווחיים. בהחלטה תקדימית בנושא בית המשפט העליון של קליפורניה קבע ב-1990 כי לפציינטים אין בעלות על שורות תאים שמקורם מאיברים שהוסרו בהסכמתם.

ייצור היברודומות

ניתן למזג תאים רגילים עם תאים מקווי תאים רציפים אשר מתרבים ללא הגבלה. שיטה זו משמשת לייצור נוגדנים חד-שבטיים (מונוקלוניים). כך, לימפוציטים שבודדו מדם של חייה מחוסנת מאוחים עם תאים סרטניים ומגודלים במדיום גדילה סלקטיבי: כך שורדים בסופו של דבר רק התאים שהתמזגו.

שימושים בתרביות תאים

שימוש נרחב בתרביות תאים מבעלי חיים נעשה בתעשיית הביוטכנולוגיה לייצור חיסונים ויראליים ומוצרים נוספים. חומרים ביולוגים שמיוצרים בעזרת טכנולוגיה של דנ"א רקומביננטי (rDNA) בתרבית תאים מבעלי חיים כוללים אנזימים, הורמונים, ביוחומרים חיסוניים (נוגדנים חד-שבטיים, אינטרלויקינים, לימפוקינים) וחומרים לטיפול בסרטן. על אף שניתן לייצר חלבונים פשוטים רבים באמצעות rDNA בתרביות חיידקיות, אין אפשרות לייצר חלבונים מורכבים שעוברים גליקוזילציות בתאים חיידקיים ולכן נעשה בשימוש בתאים מבעלי חיים. דוגמה לחלבון מורכב שכזה הוא ההורמון אריתרופויאטין. עלות גידולם של תאי יונקים גבוהה, ולפיכך נעשים מאמצי מחקר לשם ייצור חלבונים מורכבים כאלו בתאי חרקים או בתאי צמחים.