תחומי שימוש עיקריים בתרביות תאי בע"ח

1. נושא 4 שקופיות 22 - 50 תחומי שימוש עיקריים בתרביות תאי בע"ח 3 2 1 הפקת מוצרים שמקורם בע"ח אבחון וריפוי מחלות חקר תאים - מבנה ופעילות 22

2. סוגי מחקרים מחקר In Vivo מחקר In Vitro מחקר בתרבית תאים מחקר בגוף בע"ח שלם • יתרונות : • קשר ישיר עם אוכלוסיית התאים • אפשרות התמקדות בתא הבודד • חוסר השפעות לוואי של תאים אחרים או חומרים אחרים • שימוש בריכוזים נמוכים של חומר נבדק ומדודים • שחזור הניסוי מדויק יותר • חזרות רבות ואפשרות לניתוח סטטיסטי של התוצאות • אתי יותר – חוסך ניסויים בבע"ח • יתרונות : • הסביבה טבעית • יש אינטראקציות בין תאים ובין חומרים • יש מנגנון בקרה • חסרונות : • יש השפעות לוואי של תהליכים אחרים בגוף (נטרול) • צריך כמויות גדולות כי יש מיהול גדול של החומר המוזרק • שימוש בריכוזים גבוהים של החומר • מצב פיסיולוגי ובריאותי של החיה משפיע • אין שחזור מדויק כי גוף החיה מגיב כל פעם אחרת ( תלוי במצבה ) • קושי בהסקת מסקנות של התוצאות • בעיה אתית • חסרונות : • הסביבה מלאכותית ולא טבעית כמו בגוף • זה לא מייצג את התמונה האמיתית בגוף • חסרות אינטראקציות שקיימות בגוף • אין מערכות בקרה 23

3. חקר תאים 1 • חקר תאים בתרבית • פעילות תוך-תאית • שכפול ושעתוק דנ"א • סינתזת חלבונים • תהליכי בנייה ופירוק • מעבר חומרים כמו מעבר רנ"א מהגרעין לציטופלסמה • פעילות חוץ-תאית עם הסביבה • קשר התא עם סביבתו (כניסה ויציאה של חומרים, חדירת נגיפים, חדירת תרופות ) • אינטראקציה בין התאים (שיתוף פעולה, עיכוב התרבות ע"י מגע, השראת תהליכי התמיינות) • קביעת דרגת רעילות של חומרים שונים • תרופות • מזון • מוצר קוסמטי • חומר ניקוי • מזהם סביבתי • אמצעי סריקה בחיפוש אחר תרופות לריפוי • סרטן • מחלה נגיפית 24

4. דוגמה למחקר ציטולוגי : על איזה כרומוזום באדם יושב הגן לאינסולין ? • ביצעו איחוי תאי עכבר עם תאי אדם ויצרו תאי כלאיים (= תאים היברידים ) • בתאים היברידים, בד"כ אין יציבות גנטית ויש איבוד אקראי של כרומוזומים של האדם מהתא . • לכן, נוצרים תאים היברידים שונים עם תכולה מועטת וסלקטיבית של כרומוזומי האדם. בכל היבריד יש כרומוזומים שונים. • בצעו מיפוי גנים על הכרומוזומים ששרדו בתאים ההיברידים השונים . • בדקו את ביטוי הגן לאינסולין בתאים ההיברידים השונים. • מצאו שהגן לאינסולין נמצא על כרומוזום 11 באדם . (היברידים שבהם שרד כרומוזום 11 ביטאו את הגן לאינסולין) 25

5. העשרה שימושים בתרבית לחקר השפעת חומר מעודד גידול בשם “ VitroGro” תאי עור אדם ( קרטינוציטים ) הגדלים בתרבית בנוכחות חלבון חדש בשם " VITROGRO " Microscopic view of human skin cells (keratinocytes) growing in laboratory culture in the presence of new protein called 'VitroGro', developed and patented  by QUT scientist Dr Zee Upton. http://www.redcross.org.au/ourservices_aroundtheworld_emergencyrelief_bali_projects_sprayonskin.htm 26

6. העשרה דוגמה לשימוש בתרבית ראשונית לחקר השפעת חומרים על רקמה תרבית ראשונית תרבית תאים בת 4 ימים השפעת ציקלוהקסמיד (מעכב תרגום חלבונים) התרבית לאחר הוספת ציקלוהקסמיד תרבית ביקורת ללא ציקלוהקסמיד http://www.vetscite.org/issue1/reviews/sultan_3_0800.htm 27

7. העשרה אבחון נגיף הרפס בתרבית רקמה במיקרוסקופ וע"י צביעה פלואורסצנטית ספציפית תרבית מודבקת בנגיף הרפס התאים המוקפים בפס כהה הם תאים שבהם גדל הנגיף תא שבתוכו יש נגיפי הרפס שנצבעו ע"י נוגדן פלואורסצנטי ספציפי לנגיף One study showed that the most accurate approach is to do both a viral culture and FA test. This cell is positive for HSV-2. HSV This picture was taken through a microscope to show cells that have rounded up due to HSV infection. Isolation of HSV from a sore by growth in cell culture is definitive proof that HSV caused the sore. http://www.herpesdiagnosis.com/diagnose.html 28 נגיף הרפס

8. העשרה אינטראקציה בין תאים בתרבית - סרטון המתאר מונוציטים הנעים על רובד תאים http://www.uwo.ca/anatomy/sandig.htm 29

9. הפקת מוצרים שמקורם בתרביות תאי בע"ח 2 תחום המחקר קיימות דרכים שונות להפקת מוצרים מועילים לאדם לשימוש ב תחום הרפואה תחום התעשייה ייצור בתרביות תאים תסיסה מיקרוביאלית סינתזה כימית / ביוכימית מיצוי של רקמה מבוקשת • ייצור מוצרים של בע"ח במיקרואורגניזמים • משתמשים בהנדסה גנטית להחדרת גנים של בע"ח למיקרואורגניזמים וייצור בתסיסה מיקרוביאלית . • בעיות : • התוצר החלבוני לא זהה למקור הטבעי. • התוצר החלבוני לא תמיד פעיל . • יש סכנה של התפתחות תגובה חיסונית בגלל מרכיבים ממקור חיידקי • יתרונות תסיסה מיקרוביאלית • הגידול מהיר • המצע פשוט • המצע זול • יציבות באחסון • רגישות נמוכה לזיהום תרבית חיידקים 30

10. הסיבות לבעיות ולאי קבלת תוצר פעיל הזהה למקור בתסיסה מיקרוביאלית 3 2 1 • המבנה התלת-ממדי של החלבון • לא נכון בגלל הסביבה הלא טבעית • שבתוך החיידקים . • היעדר רצפי בקרה ופרומוטורים • מתאימים לביטוי הגן . • פעילות התוצר הביולוגי נקבעת • ע"י מספר גנים. לכן תהליך הביטוי • של הגן בחיידקים מורכב וקשה. • היעדר אנזימים לצורך "עיבוד" סופי • של החלבון לתוצר פעיל ביולוגית, • לאחר התרגום. למשל : • הוספת קבוצת סוכר • הוספת שייר זרחן • הוספת שייר גופרית • הוספת קבוצת הידרוקסיל • הוספת קבוצת קרבוקסיל • קבוצות אלה חיוניות לפעילות התוצר • החלבוני ומתקיימים בתא המקורי. • סיבות אלה גרמו למעבר מיקרואורגניזמים לתרביות תאי בע"ח • סוגי תרביות בע"ח המשמשות לייצור תוצרים חלבוניים • תרבית ראשונית • קווי תאים ( תרבית שניונית ) • קווי תאים רציף • גזעי תאים • היברידומות • תאים מוטנטיים או תאים מהונדסים גנטית 31

11. סוגי תוצרים המופקים מתרביות תאים של בע"ח תוצרים תוך-תאיים תוצרים חוץ-תאיים התוצרים לא מופרשים למצע אלא קשורים לתאים או לאברונים התוצרים מופרשים ע"י התאים למצע במהלך הגידול מופקים לאחר קצירת התאים, מיצוי מתוך התאים , ריכוז וניקוי בשיטות ביוכימיות מופקים ישירות ממצע הגידול לאחר הרחקת התאים, ריכוז וניקוי בשיטות ביוכימיות לדוגמה, אנטיגן סרטני קרומי לדוגמה, נוגדנים חד-שבטיים תוצרים אינדוקטיביים תוצרים הנוצרים בעקבות אינדוקציה. יש להוסיף את המשרן למצע הגידול של התאים לדוגמה, אינסולין . 32

12. מוצרים המופקים מתרביות תאי בע"ח המוצר דוגמה למוצר • אנזים מפעיל פלסמינוגן- להמסת קרישי דם. • גורמי קרישה 8 ו- 9 לחולי המופיליה. • הורמון הגדילה והורמוני מין • צהבת,כלבת, אדמת ,חזרת • אבחון מחלות , אבחון סרטן • אינטרפרון, אנטרלויקינים ( חומרים אנטי סרטניים ) • אנזימים • גורמי קרישה • הורמונים וגורמי התפתחות • וירוסים לחיסונים • נוגדנים מונוקלונלים • אימונורגולטורים (מווסתי חיסון) • היתרונות לייצור חלבון בתאי בע"ח : • מתקבל חלבון במבנה טבעי מושלם • מתקבל חלבון פעיל ע"י עיבודו (גליקוליזציה) • אין מרכיבים מזהמים ממקור חיידקי • פחות סכנה להתפתחות תגובה חיסונית • החיסרון: • הניקוי קשה יותר ויקר יותר בגלל חלבוני הנסיוב • שבמצע הגידול והמשמשים גורם ריבוי הכרחי בתרבית 33 http://www.ensic.inpl-nancy.fr/PROGEPI/gb/biotechno.htm

13. דוגמאות למוצרים המופקים מתאי בע"ח בקנה מידה גדול תעשייתי ייצור לימפוקינים חומרים שיש להם תפקיד בתגובה החיסונית. הם משמשים מתווכים ומבקרים בין תאי מערכת החיסון ותאי המטרה. רובם מופרשים ע"י לימפוציטים מסוג T בעקבות גירוי עם אנטיגן ומכאן שמם. אינטרפרון הוא אחד מהם. ייצור אנזימים אנזימים המשמשים בריפוי. לדוגמה, פלסמינוגן אקטיבטור , חלבון המפעיל את הפלסמין להמסת קרישי דם הנוצרים כדי למנוע סתימת כלי דם. ייצור הורמונים ההורמונים הם חלבונים או גליקופרוטאינים, המשמשים בריפוי , והמיוצרים ע"י תאי בע"ח דורשי תאחיזה למשטח מוצק. לדוגמה, הורמון הגדילה של רקמות האדם . ייצור אנטיגנים סרטניים חלבונים, גליקופרוטאינים, המופיעים , באופן ספציפי ,על קרומם של תאים סרטניים ואף מופרשים למצע הגידול. משמשים לצורכי אבחון רפואי וריפוי. ייצור אינטרפרון זהו חלבון גליקופרוטאין אנטי-נגיפי ,המיוצר ע"י פיברובלסטים, תאי אפיתל, לימפוציטים ומאקרופג'ים בעקבות הדבקתם בנגיף במטרה למנוע הדבקתם של תאים בריאים שכנים. משמש בריפוי מחלות נגיפים וגם יש לו פעילות אנטי סרטנית. ייצור פקטורי גידול של תאים בתרבית גידול תאים בתרבית דורש גורמי גידול המיוצרים ע"י תאים. אלה הם פוליפפטידים קטנים הנחוצים לגידול ספציפי של סוגי תאים בתרבית. New genetic and protein markers in blood and tissue may allow much earlier diagnosis of cancer (U.S. National Cancer Institute) http://www.abc.net.au/science/news/health/HealthRepublish_900994.htm המשך http://www.virology.net/Articles/mass.html 34

14. גידול נגיפים בתרבית תאי בע"ח לשימושים: רפואי - חקלאי הכנת נגיפים לקטילת חרקים מזיקים רפואי - חיסוני הכנת נגיפים לחיסון בני אדם ובע"ח • גידול נגיפים שלמים בתאי מאכסן ברובד חד-שכבתי : • מדביקים תאים בתרבית בנגיף • הנגיף מתרבה בתוך התאים • מפיקים את הנגיף • מחלישים אותו • ניקוי ועיבוד הנגיף לתכשיר חיסון • בדיקה בקרה לנוכחות נגיפים זרים ולגורמים מסרטנים ולגורמים מעוררי אלרגיה (דנ"א או חלבון זר שמקורם בתרבית ) מגדלים נגיפים הפוגעים באופן ספציפי בחרקים מסוימים לצורך הדברה ביולוגית של אותם מזיקים. אין פגיעה בחרקים אחרים ואין נזק אקולוגי. לדוגמה, נגיף בקול ווירוס – נגיף הפוגע בפרעושים, חרקים המעבירים לבני אדם ולבע"ח חיידק הגורם למחלת הדבר . הרעיון כיום לא להשתמש בנגיף שלם לצורך חיסון , אלא לחסן באמצעות חלבוני המעטפת של הנגיף בלבד נגיף דוגמה: ייצור חלבוני מעטפת נגיף של נגיף צהבת B בשמרים מהונדסים 35

15. העשרה גידול נגיפים בתרבית תאים של בע"ח מוקדים של נגיפים בצבע לבן רובד תאים אאוקריוטיים בצבע סגול Viral plaques in eukaryotic cell monolayer http://dept.kent.edu/biology/Courses/30171/virus.htm סרטון על גידול נגיף בתאי בע"ח http://www.hhmi.org/biointeractive/animations/infection/inf_middle_frames.htm 36