組織培養（細胞培養）：方法、歴史、用途

基本的な構成要素と装置

培養を成功させるには、いくつかの標準的な要素が必要である。すなわち、塩類、アミノ酸、エネルギー源を供給し、しばしば血清または成分が規定された因子を添加した培地、無菌の容器または基質、制御された温度と気相、そして無菌操作である。一般的な器具には培地、寒天平板のような固体支持体用の寒天、滅菌ピペット、実験室内の層流フードが含まれる。インキュベーターは温度と二酸化炭素濃度を調節し、pHを維持して細胞分裂を促進する。

方法と種類

方法は細胞の種類と目的によって異なる。接着細胞は表面に付着して増殖する一方、浮遊細胞は培地中に浮遊する。初代培養は組織から直接得られ、ドナーの特性を反映する。これに対し、連続細胞株または不死化細胞株は無期限に継代できる。細胞は機械的な破砕または酵素処理（たとえばトリプシン）によって組織から分離され、定期的な継代またはサブカルチャーにより維持される。

歴史と発展

20世紀初頭の初期実験では、動物細胞がin vitroで生存し、伸長できることが示された。その後の改良により、信頼性の高い培養系が作られた。20世紀半ばには広く用いられる細胞株が確立され、生物医学研究を大きく変革した。これらの進歩により、生物個体全体を用いずに、細胞生理学、感染性因子、薬物応答に関する実験が可能になった。

用途と重要性

• 細胞生物学、遺伝学、シグナル伝達に関する基礎研究。
• 培養細胞内でウイルスを増殖させるウイルス学およびワクチン生産。
• 細胞ベースのアッセイを用いる創薬と毒性試験。
• 組換えタンパク質の生産を含むバイオテクノロジーとバイオ生産。
• 大量増殖と作物改良のための植物組織培養。

課題と留意すべき問題

培養作業では、細菌、真菌、マイコプラズマによる汚染を防ぐための厳格な無菌操作と、取り違えや遺伝的浮動を検出するための定期的な認証が求められる。ヒト由来細胞や病原性生物を培養する場合には、倫理面およびバイオセーフティ上の考慮も必要となる。限界はあるものの、組織培養は分子レベルの研究と、応用的な生物医学・農業技術とを結び付ける中核的な手段であり続けている。

実用的な入門やプロトコルについては、実験ガイドや機関の資料を参照できる。例として、細胞培養の基礎、機関内実験室の標準作業手順、供給業者による培養フラスコおよび培養皿の説明、培地供給業者の培地組成、寒天法の技法、ならびに増殖と分裂を説明する教育資料がある。