Polystyren v tkáňových kulturách a jeho osud

Výzkum v lékařské biochemii a dalších biomedicínských oborech se v současnosti neobejde bez experimentů na živých organismech. Pokusy na laboratorních zvířatech jsou však nákladné a z mnoha důvodů náročné. Pominout nelze ani diskutovanou etickou stránku pokusů se živými zvířaty. V některých případech také není výhodné dělat pokus na celém organismu, orgánu či tkáni, ale je třeba zkoumat vlastnosti pouze určitého typu buněk.

Historie a techniky tkáňových kultur

Historie tkáňových kultur začíná už na konci devatenáctého století. Kolem roku 1885 Roux dokázal po určitou dobu udržet živé explantované kuřecí embryonální buňky v uměle připraveném médiu a několik dalších autorů dosáhlo v té době podobných výsledků. Nedařilo se však, aby se buňky dělily jako za podmínek in vivo. Ještě na konci 19. století se také podařilo zmrazit živé buňky a opět je rozmrazit, čehož se začalo využívat při inseminaci dobytka.

Na přelomu 19. a 20. století dokázal Ross Harrison, že z nervové tkáně vyňaté z žabích embryí a uzavřené do komůrky s lymfou žáby vyrůstají nově vytvořené axony. Konečně ve čtyřicátých letech 20. století se objevily první úspěšné pokusy o založení buněčné kultury, v níž by se buňky množily a která by přežívala po delší, byť omezenou dobu. Techniky tkáňových kultur se postupně zdokonalovaly a výsledky začínaly být stále spolehlivější. Od osmdesátých let se tak tkáňové kultury staly běžným nástrojem nejen pro výzkum, ale začaly se používat i průmyslově k výrobě protilátek, některých léků a chemikálií.

Základní principy práce s tkáňovými kulturami

Práce s tkáňovými kulturami se v některých ohledech liší od ostatních technik používaných v biochemii. V první řadě je nutné, aby veškeré používané pomůcky a chemikálie byly sterilní a aby neobsahovaly některé toxické látky, které je jinak ve stopových množstvích běžně kontaminují. Kromě obvyklého vybavení jsou navíc nutné některé speciální přístroje a pomůcky.

Většina buněčných linií má omezenou životnost, tj. podléhá stárnutí a po určité době se buňky přestanou dělit. Pouze některé tkáňové kultury jsou nesmrtelné - zpravidla jde o buňky získané z nádorů nebo uměle imortalizované vnesením vhodných genů. V tom případě se hovoří o kontinuálních buněčných liniích. I v nich si buňky obvykle zachovávají schopnost regulace buněčného dělení. Velká většina buněčných linií vyžaduje k růstu vhodný povrch (dnes nejčastěji polystyren) - adherentní kultury, jen některé typy buněk dokáží přežívat a dělit se v suspenzi.

Čtěte také: Vlastnosti polystyrenu pro OSB

Buňky se pěstují v kultivačních nádobách (lahvích, Petriho miskách apod.) ve speciálních kultivačních médiích. Ta obsahují potřebné ionty, pufry, zdroje energie, aminokyseliny, vitaminy, růstové faktory a další pomocné látky. Směs potřebných růstových faktorů, stopových prvků a dalších látek potřebných v nízkých koncentracích se obvykle dodává přídavkem fetálního telecího séra.

Nasazením buněk izolovaných z pokusného zvířete (nebo vzácněji např. z bioptického vzorku) vzniká tzv. primokultura. Buňky se postupně dělí, až v ideálním případě vytvoří na povrchu kultivační nádoby souvislou (konfluentní) jednoduchou vrstvu (monolayer). Je-li potřeba s buněčnou linií dále pracovat, uvolní se zpravidla krátce před dosažením konfluence buňky od povrchu kultivační nádoby (mechanicky, pomocí některých enzymů - trypsinu, kolagenázy, dispázy, nebo pomocí chelátorů dvojmocných iontů - EDTA, citrát), vzniklá suspenze se naředí a nasadí do nových kultivačních nádob.

Typy polystyrenu a jejich využití v kultivaci

Polystyrenové hmoty patří mezi nejpoužívanější plasty na světě. V celosvětovém měřítku výroby plastů tvoří objem cca 9-10 %. Základem všech druhů polystyrenových plastů je styren. Rozlišujeme 3 základní druhy polystyrenů:

• Standardní polystyren (PS, GPPS): Je čirý a křehký, skvěle formovatelný, teplotně stabilní, má nízkou hmotnost. Používá se především pro svoje optické vlastnosti - má vynikající průhlednost, vysoký lesk (někdy se mu říká krystalický).
• Houževnatý polystyren (HIPS): Není průhledný, ale průsvitný. Jedná se o kopolymer styrenu a butadienu. Je velmi populární pro svou lehkou opracovatelnost, nízké náklady a vysokou životnost.
• Expandovatelný/zpěňovatelný polystyren (EPS): Vyrábí se vypěňováním pevných perlí zpěňovatelného polystyrenu působením syté vodní páry do bloků. Má výborné izolační vlastnosti, proto je hojně využíván ve stavebnictví a k výrobě jednorázových podnosů a kelímků.

Dalším typem je vytlačovaný pěnový polystyren (XPS), který vzniká tepelnou úpravou zpěňovatelného polystyrenu (EPS) a je hojně používán ve stavebnictví jako izolace spodní části stavby.

Naše destičky buněčné kultury (také nazývané tkáňové kultivační desky) jsou vyrobeny ze surovin vysoce průhledného polystyrenu ve čtyřech různých velikostech: 6 studňových destiček, 12 studňových destiček, 24 studňových destiček a 96 studňových destiček.

Čtěte také: Jak na OSB podlahu

Nová buněčná kultivační deska se vyrábí za nejpřísnějších podmínek, aby zajistila integritu vaší tkáňové kultury a buněčné kultury. Třída 100 000 čistých místností, USP třídy VI Virgin Polystyren a ISO. Tyto desky poskytují správný povrch prostředí pro kultivaci mikroorganismů. Vyberte si z různých ošetřených a neošetřených desek a jídel ve vícebodových nebo jednotných plochých základnách. Některé z funkcí zahrnují opticky čisté pro snadné prohlížení buněk, stohování kuliček pro snadnější manipulaci a gama sterilizovaná a certifikovaná nepyrogenní.

Yongyue Medical se zaměřuje na experimenty buněčné kultury. Jako společný a důležitý nástroj pro kultivaci buněk mají buněčné kultivační destičky různé tvary, specifikace a použití. 12 studňových destiček je vyrobena z polystyrenu v lékařském stupni, vysoce průhledný, hladký povrch a jasná stupnice. Zkosený průvodce design kultivačního krytu destiček zabraňuje křížové kontaminaci tenký zděný návrh na dně snižuje efekt okrajů.

Pokročilé metody přípravy polystyrenových substrátů pro tkáňové inženýrství

Struktura včelí plástve (HCP - honeycomb like pattern) byla inspirací pro mnoho odvětví, od architektury po chemické inženýrství a medicínu. Během posledních několika desetiletí byla vyvinuta řada technik top-down a bottom-up, včetně fotolitografie, měkké litografie, fázové separace blokových kopolymerů a emulze k vytvoření uspořádané HCP konstrukce s kontrolovatelnými rozměry pórů v rozsahu jednotek nano- až mikrometrů. Tyto metody však obvykle zahrnují několik komplikovaných a nákladných kroků a v konečné fázi mohou poškodit HCP vzor.

V roce 1994 Widawski a kol. jako první uvedl, že použitím takzvané Breath Figure (BF) metody, mohou být připraveny vysoce uspořádané filmy se vzorem včelích pláství. Ve srovnání s jinými metodami je BF všestrannou, jednoduchou, levnou metodou, avšak možnou nevýhodou metody BF může být požadavek velmi vlhkých podmínek okolní atmosféry a nízká použitelnost pro komerční polymery, které mohou omezit průmyslovou výrobu a její aplikační potenciál.

Bylo provedeno několik pokusů, kterými lze připravit porézní struktury HCP tvaru v suchém prostředí, a to díky napodobení okolní vlhké atmosféry zavedením vody nebo málo těkavých špatných rozpouštědel do roztoku polymeru. Nedávno Bui a kol. popsali ve své studii techniku sestávající ze dvou kroků, tzv. metodu vylepšené fázové separace (IPS - improved phase separation), která byla úspěšně použita při výrobě HCP filmů bez přítomnosti vlhkého prostředí a bez použití povrchově aktivních látek. Metoda IPS byla vyvinuta pro biokompatibilní a biologicky odbouratelnou kyselinu polymléčnou (PLLA), ale byla také testována na několik dalších komerčně dostupných polymerech, jako polymethylmethakrylát a polystyren. Bylo prokázáno, že uspořádaná HCP struktura z PLLA poskytuje vhodný substrát pro dobrou adhezi a proliferaci NIH3T3 buněk pro využití v budoucích biomedicínských aplikacích.

Čtěte také: Izolace a nosiče van z polystyrenu

Na ústavu Inženýrství pevných látek se zaměřují na přípravu těchto vrstev z různých polymerů na pevnolátkových substrátech. Jejich aplikaci cílí na tkáňové inženýrství, kdy se snaží vzniklé vrstvy dále upravovat - přidávat aminokyseliny, nanočástice kovu, modifikovat povrch plazmatem či excimerovým laserem a zatraktivnit je pro následnou kultivaci buněk.

Recyklace a biodegradace polystyrenu

Pěnový polystyren (EPS) patří k plastům, které se v přírodě rozkládají až 500 let. Pěnový polystyren je už nyní technicky 100% recyklovatelný materiál - lze jej recyklovat mechanicky (drcením a opětovným zpracováním na nové výrobky) i chemicky depolymerací na původní suroviny. V praxi však kvůli tomu, že pěnový polystyren (EPS) tvoří z 98 % vzduch, končí značná část odpadního polystyrenu stále na skládkách či v přírodě.

Mouční červi jako řešení biologické recyklace

Vědci však přišli s překvapivým zjištěním: larvy potemníka moučného (známé jako mouční červi) dokážou tento odolný materiál doslova sežrat a strávit. V laboratorních experimentech v Srbsku i Keni se ukázalo, že tito červi zvládnou během několika týdnů rozložit značnou část pěnového polystyrenu, a to díky bakteriím ve svých střevech.

Srbští vědci nedávno otestovali schopnosti moučných červů rozkládat pěnový polystyren. Larvy tohoto druhu běžně spořádají téměř vše, ale ke trávení plastů je bylo nutné nejprve „vycvičit“. Tým dr. Larisy Ilijinové v Bělehradě proto larvy po generace krmil polystyrenem a vyšlechtil linie, které si na plastu dokážou pochutnat a efektivně jej rozkládat. „Máme larvy, které byly speciálně vyšlechtěny k rozkládání plastů, aby proces rozkladu byl co nejvíce efektivní,“ vysvětluje Ilijinová.

Klíčovou roli hrají mikroorganismy v trávicím traktu červů - bakterie zde rozkládají plast na oxid uhličitý a vodu, aniž by v tělech či výkalech červů zůstávaly mikročástice plastu. Vědci nyní zkoumají, jak efektivně a za jakých podmínek hmyz dokáže polystyren rozkládat.

Faktory ovlivňující rozklad polystyrenu moučnými červy:

• Složení stravy červů: Pokud jsou larvy krmeny výhradně polystyrenem, přežívají, ale nemají dostatek živin k optimálnímu trávení plastu. Při kombinaci polystyrenu s nutričně bohatými otrubami dokázali červi během 30 dnů zkonzumovat téměř 50 % podaného polystyrenu.
• Druh plastu: Dosavadní studie potvrdily schopnost těchto červů trávit hlavně pěnový polystyren. Jiné typy plastů mohou být odolnější a hmyz je nerozloží tak snadno.
• Střevní mikroflóra: Schopnost rozkladu úzce souvisí se složením bakterií v trávicím traktu červů. Při krmení plastem se mikroflóra mění - objevují se bakterie specializované na degradaci polymerů.
• Podmínky prostředí: Teplota, vlhkost a další okolní podmínky ovlivňují aktivitu červů i jejich střevních bakterií.
• Genetická výbava a adaptace: Cíleným výběrem a šlechtěním „plastpožíravých“ linií lze účinnost degradace ještě zvýšit.

Biologická recyklace pomocí hmyzu může doplňovat tradiční recyklaci a zpracovat i polystyren znečištěný nebo jinak obtížně využitelný. Oproti spalování má navíc zásadní ekologickou výhodu: při rozkladu 1 kg pěnového polystyrenu vyprodukují červi jen asi 1-2 gramy CO₂, zatímco spálením stejného množství plastu vznikne až 4000× více emisí.

Díky červům by se mohlo podařit omezit množství polystyrenového odpadu v životním prostředí, kde by jinak přetrvával po staletí. Například Srbsko dnes recykluje jen okolo 15 % komunálních odpadů a polystyren tam často končí na neřízených skládkách - právě tam by mohly larvy najít uplatnění při likvidaci rozptýleného plastu. V České republice se díky úsilí odvětví daří recyklovat již přes 50 % pěnového polystyrenu a kombinace mechanických a biologických postupů by mohla toto číslo dále zvýšit.

Kromě ekologického přínosu nabízí využití moučných červů i zajímavé vedlejší efekty. Larvy napasené plastem lze samotné využít jako zdroj bílkovin - například do krmiva pro hospodářská zvířata či ryby. Otevírá se tak možnost, že odpadní polystyren se skrze hmyzí mezičlánek přemění na cenné krmivo. Pěnový polystyren tak díky těmto inovativním postupům dostává novou šanci. Pokud se podaří převést laboratorní úspěchy do průmyslové praxe, mohl by se výrazně snížit environmentální dopad EPS.

tags: #polystyren #pro #tkanove #kultivace #tcps #informace

Oblíbené příspěvky:

• Dlažba pro historické stavby a secesní domy
• Jak se diagnostikují cysty v prsou?
• Pravidla chování u železničních přejezdů
• příčiny a léčba zánětu žil
• Vše o sádrové stěrce Soudal