stanična kultura (kultura stanica), uzgoj živih stanica izvan organizma, u odgovarajućem hranjivom mediju. Isprva su se takvi postupci većinom provodili radi provođenja pokusa i istraživanja, dok se danas sve više primjenjuju radi dobivanja biotehnoloških proizvoda. U osnovi se razlikuju kulture životinjskih stanica i kulture biljnih stanica i tkiva.







Kultura životinjskih stanica

Kultura životinjskih stanica podrazumijeva uzgoj stanica izoliranih iz različitih tkiva životinja i ljudi. Stanične kulture pripravljene iz tkiva ili organa uzetih neposredno iz organizma nazivaju se primarnim kulturama, koje se supkultiviranjem i postupcima imortalizacije mogu prevesti u staničnu liniju, u kojoj se stanice pri odgovarajućim uvjetima mogu beskonačno umnožavati (proliferirati). Genetičkim inženjerstvom, tj. upotrebom tehnologije rekombinantne DNA, dobiva se proizvodna stanična linija koja proizvodi glikozilirane proteine ili se dobivaju nova poželjna svojstva stanica.







Ovisno o tome treba li stanicama osigurati čvrstu površinu za rast, razlikuju se adherentne stanice koje rastu jedino ako su prihvaćene za površinu, te suspenzijske stanice koje mogu rasti neovisno o površini. Stanice se uzgajaju u kemijski složenome tekućem mediju koji im omogućuje rast tijekom duljega vremenskoga razdoblja. Uloga medija je osigurati odgovarajuću pH vrijednost i osmoznu koncentraciju (osmolarnost) potrebne za preživljavanje i umnažanje stanica, kao i opskrbiti stanice hranjivim tvarima i elementima u tragovima nužnima za njihov metabolizam i rast.







Kultura životinjskih stanica danas se primjenjuje u industrijskim procesima za dobivanje velikog broja proizvoda kojima kvalitetu i biološku aktivnost nije moguće ili nije isplativo ostvariti primjenom drugih biokatalizatora (enzima, mikroba). Glavne skupine proizvoda su: glikozilirani proteini (monoklonska protutijela, hormoni, imunomodulatori, krvni proteini, faktori rasta), virusna cjepiva, te stanice kao proizvodi koji se dalje primjenjuju za biomedicinska istraživanja, dijagnostičke, preparativne i terapijske svrhe (genska terapija, regenerativna medicina ‒ tkivno inženjerstvo). U novije doba znatna je primjena kulture tkiva i stanica za izgradnju i obnovu bolesnog ili ozlijeđenog organa ljudi i životinja (npr. tkiva kože kod teških opeklina ili rana, jetara kod hepatičkih oštećenja, bubrega). Napredak u tom području donosi razvoj tehnologije induciranih pluripotentnih matičnih stanica (engl. Induced pluripotent stem cell, iPSC) kojom bi se bilo koja odrasla stanica izdvojena iz organizma mogla usmjeriti u razvoj željenog tkiva (stanično reprogramiranje). Radi smanjenja broja pokusnih životinja, životinjske stanice danas se rabe i u toksikološkim ispitivanjima novih lijekova, kozmetičkih pripravaka, industrijskih spojeva i onečišćenja okoliša.

Kultura biljnih tkiva i stanica

Kultura biljnih tkiva i stanica je aseptičan in vitro uzgoj svih dijelova biljke, bila riječ o protoplastu, jednoj stanici, tkivu, organu ili cijeloj biljci. Uzgoj biljne kulture pod određenim uvjetima može rezultirati umnažanjem stanica, regeneracijom pojedinih organa ili cijele biljke. Razvoj kulture biljnih stanica temelji se na totipotentnosti diferenciranih stanica, tj. sposobnosti da se specijalizirane biljne stanice, bez obzira na svoju zrelost, mogu razviti u cijelu biljku. Premda se tehnika uzgoja biljnih stanica isprva rabila za rješavanje temeljnih i primijenjenih problema u biologiji biljaka, ubrzo se počela primjenjivati za proizvodnju niza komercijalno dostupnih proizvoda. Prva komercijalna proizvodnja sekundarnih metabolita započela je 1983. proizvodnjom šikonina u kulturi stanica u suspenziji vrste Lithospermum erythrorhizon. Danas postoji niz proizvoda koji se komercijalno proizvode s pomoću kulture biljnih stanica kao što su: berberin, paklitaksel, ginseng, biljni polisaharidi te rekombinantni proteini.

Kultura biljnih tkiva i stanica postala je sastavni dio istraživanja oplemenjivanja poljoprivrednih, hortikulturnih i drvenastih biljaka te se primjenjuje u reprodukciji biljne biomase, dobivanju novih i jedinstvenih organizama koji se ne mogu dobiti spolnim križanjem, komercijalnoj primjeni kulture vegetacijskoga vrška, za razmnožavanje biljaka, za dobivanje novih varijanti biljaka, za očuvanje ugroženih rijetkih biljnih vrsta i biljnoga genofonda, za očuvanje zdravih matičnih biljka te posebice zbirki biljaka za biljno oplemenjivanje (tzv. kolekcije klične plazme). Kultura biljnih stanica također je važan dio biljne biotehnologije te se rabi za dobivanje genetički modificiranih biljaka (tolerantne prema određenim herbicidima, otporne na štetne organizme, s poboljšanim nutricionističkim svojstvima, s novim tehnološkim i drugim osobinama) te za proizvodnju biljnih sekundarnih metabolita i rekombinantnih proteina. Kultura biljnih stanica može se rabiti za in vitro ispitivanje toksičnosti onečistila i novosintetiziranih kemikalija. Danas se intenzivno istražuju mogućnosti stvaranja novih transgeničnih biljaka kao bioreaktora, koje bi služile za proizvodnju farmaceutskih proizvoda i finih kemikalija (cjepiva, antigeni, protutijela, drugi terapijski proteini, npr. inzulin) te genetički modificiranih biljaka koje se rabe za proizvodnju industrijskih sirovina (biomasa, lignin, plastika) ili za fitoremedijaciju onečišćenoga tla.







Povijest i današnje stanje u Hrvatskoj

Kultura životinjskih stanica u Hrvatskoj počela se primjenjivati 1960-ih, kada se u Institutu Ruđer Bošković u Zagrebu mišja L-stanična linija rabila kao eksperimentalni sustav za radiobiološka istraživanja. To je potaknulo daljnji razvoj primjene staničnih kultura pa su 1983. Branko Brdar i Biserka Nagy uspostavili Laboratorij za kulturu tkiva pri Institutu za tumore u Zagrebu. Od 1987. na zagrebačkom → Prehrambeno-biotehnološkome fakultetu (PBF) su se u sklopu Laboratorija za kemiju i tehnologiju vitamina i hormona (od 1996. Laboratorij za tehnologiju i primjenu stanica i biotransformacije) provodila istraživanja s kulturama životinjskih stanica. Jedan od uspješnih primjera sinergije države i privatnoga sektora na konkretnim projektima u Hrvatskoj ostvarili su istraživači tog laboratorija Igor Slivac, Višnja Gaurina Srček, Kristina Radošević, Ivana Kmetič i → Zlatko Kniewald. Uz tehničku potporu poduzeća Veterina 2006. su pokazali uspješnost uporabe tehnologije umnožavanja mase stanica pri proizvodnji virusa Aujeszkyjeve bolesti u novom sustavu bioreaktora s reaktorskom posudom za jednokratnu uporabu, što može dovesti do znatno brže i učinkovitije proizvodnje cjepiva. Stečena znanja prenosila su se na studente i mlade znanstvenike u sklopu kolegija Biotehnološka primjena životinjskih i biljnih stanica, a od 2008. kolegija Tehnologija životinjskih i biljnih stanica, te kolegija Stanično bioinženjerstvo koji se izvodi za studente združenoga studija sveučilišta u Zagrebu i Orleansu (Francuska). U sklopu Laboratorija za toksikologiju PBF-a (→ Jasna Kniewald, od 1995) provode se nastavna i znanstvena istraživanja učinaka pesticida i tvari iz okoliša na staničnim kulturama. Danas se kulture stanica izučavaju i rabe u nastavi i istraživanjima i na više drugih hrvatskih visokoškolskih i istraživačkih ustanova, bolnica i sl. Tako npr. na Medicinskom fakultetu Sveučilišta u Rijeci postoji znanstveni Centar izvrsnosti za virusnu imunologiju i cjepiva gdje → Stipan Jonjić s timom od desetak virologa i molekularnih biotehnologa razvija nova rekombinantna cjepiva usmjerena protiv različitih mikrobnih patogena i tumora.







U Hrvatskoj je proizvodnja virusnih cjepiva za primjenu u ljudi započela u Imunološkom zavodu u Zagrebu 1960-ih pripravom i usavršavanjem cjepiva protiv ospica (morbila) (→ Drago Ikić). Cjepivo je pripravljeno sa sojem Edmonston-Zagreb i Svjetska zdravstvena organizacija (SZO) se njime koristila u programima cijepljenja, što je pridonijelo svjetskom ugledu Imunološkoga zavoda. Cjepivo za veterinarsku primjenu proizvodilo se u poduzeću → Pliva (1941–2000), a od 2001. u poduzeću Veterina (→ Genera).







Uzgoj kulture biljnih stanica u Hrvatskoj započeo je kasnih 1980-ih, kada je na Prirodoslovno-matematičkome fakultetu u Zagrebu utemeljen prvi Laboratorij za izučavanje biljnih tkiva i stanica (→ Sibila Jelaska; sv. 4). Danas je tehnika uzgoja biljnih kultura sastavni dio rada više laboratorija koji se među ostalim bave izučavanjem, uzgojem i oplemenjivanjem biljaka u Institutu Ruđer Bošković, Agronomskome fakultetu u Zagrebu, Hrvatskome šumarskom institutu i dr. Među hrvatskom se literaturom ističe sveučilišni udžbenik Kultura biljnih stanica i tkiva (S. Jelaska, 1994).





