Культу́ра тка́ни (эксплантация), длительное сохранение и выращивание в специальных питательных средах клеток, тканей, небольших органов или их частей, выделенных из организма человека, животных или растений. Применяется в биологии для изучения тканей, онтогенеза; лежит в основе клеточной инженерии - одного из важнейших методов современной биотехнологии.
* * *
КУЛЬТУРА ТКАНИ - КУЛЬТУ́РА ТКА́НИ (эксплантация), метод длительного сохранения и выращивания в специальных питательных средах клеток, тканей, небольших органов или их частей, выделенных из организма человека, животных и растений. Основан на методах выращивания культуры микроорганизмов (см. КУЛЬТУРА МИКРООРГАНИЗМОВ), обеспечивающих асептику (см. АСЕПТИКА), питание, газообмен и удаление продуктов обмена культивируемых объектов. Одно из преимуществ метода тканевых культур - возможность наблюдения за жизнедеятельностью клеток с помощью микроскопа.
Первые опыты по культуре животных тканей были проведены немецким биологом В. Ру (см. РУ Вильгельм), которому удалось в 1885 в течение нескольких дней поддерживать развитие нервной пластинки (зачатка центральной нервной системы) куриного эмбриона в теплом солевом растворе. Однако лишь предложенная американским биологом Р. Гаррисоном в 1907 воспроизводимая техника послужила основой для развития этого метода. Культивируя в сгустках лимфы небольшие кусочки нервной трубки эмбриона лягушки, он через несколько недель наблюдал образование нервных волокон. Французский хирург и патофизиолог А. Каррель (см. КАРРЕЛЬ Алексис), сумевший в течение 34 лет сохранять у штамма (см. ШТАММ) клеток сердца куриного эмбриона способность к активным делениям, доказал таким образом, что животные клетки могут неограниченно долго расти в культуре in vitro (то есть в пробирке, в искусственных условиях).
Животные клетки выращивают in vitro либо прикрепленными к подходящей подложке, либо суспендированными в жидких питательных средах (см. ПИТАТЕЛЬНЫЕ СРЕДЫ). Для масштабного выращивания клеток используют реакторы для промышленного культивирования микроорганизмов. Различают 3 типа культуры клеток: первичные культуры, получаемые практически из любого органа и существующие лишь до первого пересева; диплоидные культуры (см. диплоид (см. ДИПЛОИД)), чаще получаемые из эмбриональных тканей и сохраняющие до 50 пересевов диплоидный набор хромосом, которые затем трансформируются в постоянные (перевиваемые) гетероплоидные культуры, существующие вне организма десятки лет. В отличие от культуры клеток, задачей культуры органов, осуществляемой с применением жидких или твердых сред в стеклянных капиллярах, на покровных стеклах и нитроцеллюлозных фильтрах, на агаре (см. АГАР) и т. п., является сохранение нормальной структуры тканей и нормального их развития.
Культуру животных тканей применяют для изучения механизмов роста и дифференцировки (см. ДИФФЕРЕНЦИРОВКА)клеток, гистогенеза (см. ГИСТОГЕНЕЗ), межтканевых и межклеточных взаимодействий, обмена веществ и т. п. Культуры животных клеток являются важными продуцентами (см. ПРОДУЦЕНТЫ)многих клеточных продуктов, например, противовирусного агента интерферона (см. ИНТЕРФЕРОН). На них выращивают вирусы для их идентификации и получения вакцин (см. ВАКЦИНА). Клеточные культуры часто применяют при тестировании и изучении механизма действия лекарственных и косметических средств, пестицидов (см. ПЕСТИЦИДЫ), консервантов и т. п. Методы культуры клеток нашли широкое применение для реконструкции различных тканей и органов. Так, культура клеток кожи используется для заместительной терапии при ожогах, культура клеток эндотелия (см. ЭНДОТЕЛИЙ)- для реконструкции стенок сосудов. Способность клеток к росту в культуре привела к развитию методов клонирования (см. клон (см. КЛОН)), хранения и слияния клеток (см. клеточная инженерия (см. КЛЕТОЧНАЯ ИНЖЕНЕРИЯ)), что, в свою очередь, вызвало становление новой области науки - генетики соматических клеток (см. сома (см. СОМА (клетки животного или растения))). Органные культуры используются при изучении закономерностей развития органов, для изучения способов сохранения жизнеспособности изолированных органов, предназначенных для трансплантации.
Идея о возможности культивирования растительных клеток была высказана еще в конце 19 - начале 20 вв. немецкими учеными Х. Фехтингом (1892), С. Рехингером (1893) и Г. Габерландтом (см. ГАБЕРЛАНДТ)(1902). Однако лишь в 1922 американскому исследователю В. Роббинсу удалось в течение нескольких недель культивировать корневые меристемы (см. МЕРИСТЕМА)томатов. Начало же успешному развитию метода культуры клеток и тканей растений положили работы Р. Готре (Франция) и Ф. Уайта (США), показавших в 30-е годы способность каллюсных культур (см. каллюс (см. КАЛЛЮС)) к неограниченному росту. Американский ученый Ф. Стюард, работая с культурой изолированной флоэмы (см. ФЛОЭМА)моркови, получил из нее в 1958 целые растения. Значительный вклад в развитие культуры клеток и тканей растений в нашей стране внесли исследования Р. Г. Бутенко (см. БУТЕНКО Раиса Георгиевна) и ее сотрудников, использовавших эти методы для изучения физиологии растительных клеток и морфогенеза растений.
Культивирование растительных клеток и тканей in vitro проводят на агаризованных либо жидких питательных средах, содержащих в качестве одного из основных компонентов фитогормоны (см. ФИТОГОРМОНЫ). Разработаны способы выращивания отдельных клеток. Изменяя условия культивирования, прежде всего концентрацию и соотношение различных гормонов, можно либо длительно поддерживать неорганизованный рост каллюсной ткани, либо индуцировать в ней образование различных органов. Клетка из практически любой ткани растения, в отличие от животной клетки, способна в условиях in vitro к делению и дифференцировке (см. ДИФФЕРЕНЦИРОВКА)с последующим формированием целого растения (см. тотипотентность (см. ТОТИПОТЕНТНОСТЬ)). Важным этапом в развитии методов культуры клеток растений явилась разработка в 1960 профессором Ноттингемского университета Э. Коккингом (Великобритания) метода ферментативного изолирования протопластов (см. ПРОТОПЛАСТ), которые оказались способными в асептической культуре к регенерации в целое растение. Изолированные протопласты, по выражению американского исследователя А. Галстона, вывели растительную клетку из «деревянной тюрьмы» и открыли перспективы различных манипуляций с ней - клеточной инженерии (см. КЛЕТОЧНАЯ ИНЖЕНЕРИЯ).
Культура клеток, тканей и органов растений используется для выращивания клеточной биомассы растений, прежде всего лекарственных, с целью получения из нее ценных соединений, в генетико-селекционной работе, а также для изучения фундаментальных проблем физиологии и генетики растений, фитопатологии (см. ФИТОПАТОЛОГИЯ), онтогенеза (см. ОНТОГЕНЕЗ) растений и др. Для сохранения генофонда растений созданы банки меристемных тканей, хранящихся в условиях криоконсервации.