سلسلة الخلايا Calu-3

تشكل خلايا Calu-3 خط خلايا ظهاريّة للمجرى الهوائي مشتقة من الإنسان تمثل سرطان الرئة ذي الخلايا غير الصغيرة. وتستخدم هذه الخلايا على نطاق واسع في الأبحاث الطبية الحيوية التي تشمل دراسة بيولوجيا سرطان الرئة، وأمراض الجهاز التنفسي، والتفاعلات بين المضيف والممرض، ونقل الأدوية في المجرى الهوائي. علاوة على ذلك، تُستخدم هذه الخلايا لتطوير علاجات للعديد من الاضطرابات التنفسية.

أصل خلايا Calu-3 وخصائصها العامة

المعلومات الأساسية التي تحتاجها عن أي خط خلوي هي أصله وخصائصه العامة. فهي ستساعدك في تحديد كيفية استخدامه في عملك البحثي. سيساعدك هذا القسم في التعرف على هذه المعلومات الضرورية عن خط الخلايا Calu-3. وسيتضمن ما يلي: ما هو خط الخلايا Calu-3؟ ما هي الشكل المورفولوجي لخلايا Calu-3؟ ما هو أصل خلايا Calu-3؟

• تم الحصول على خلايا Calu-3 من الانصباب الجنبي (موقع النقيلة) لرجل قوقازي (25 عامًا) مصاب بسرطان غدي في الرئة. تم إنشاء خط الخلايا في عام 1975 بواسطة يورغن فوغ وجيرمين تريمب من مركز ميموريال سلون كيترينج للسرطان.
• تتميز خلايا Calu-3 بشكل يشبه الخلايا الظهارية.
• يتراوح قطر خلايا Calu-3 بين 8-9 و20 ميكرون.
• وتحمل هذه الخلايا طفرات في جينات K-RAS (G13D) وTP53 وCDKN2A، وتُعبِّر عن مستقبلات EGFR من النوع البري.

A549 مقابل Calu-3

تعد خلايا A549 وCalu-3 سلالات خلوية لسرطان الغدة الرئوي البشري، لكن لكل منهما خصائص مميزة. والفرق الأساسي بين نموذجي الخلايا Calu-3 وA549 هو سماكة طبقة المخاط. تشكل خلايا Calu-3 طبقة مخاطية أرق، مما يجعلها تمثل ظهارة المسالك الهوائية القريبة. من ناحية أخرى، تفتقر خلايا A549 إلى هذه الخاصية، وهي أكثر ملاءمة لتمثيل البنية الفسيولوجية للمسالك التنفسية البعيدة [1].

سلسلة الخلايا Calu-3: معلومات حول الاستزراع

سيساعدك هذا القسم على معرفة النقاط الأساسية لزراعة خط الخلايا Calu-3. سنناقش هنا: ما هو زمن تضاعف خلايا Calu-3؟ ما هي وسط زراعة خلايا Calu-3؟ ما هو بروتوكول زراعة خلايا Calu-3؟ كيف تُزرع خلايا Calu-3؟

النقاط الرئيسية لاستزراع خلايا Calu-3

زمن التضاعف:

يبلغ وقت تضاعف خلايا Calu-3 حوالي 35 ساعة.

ملتصقة أم معلقة:

Calu-3 هو خط خلوي ملتصق لسرطان الغدة الرئوية.

نسبة التقسيم:

تتراوح نسبة إعادة الاستزراع لسلالة الخلايا Calu-3 بين 1:2 و1:4. لإعادة الاستزراع، تُشطف الخلايا بمحلول ملحي فوسفاتي (PBS) 1x وتُحضن مع Accutase (محلول التمرير) في درجة حرارة الغرفة لمدة 10 دقائق تقريبًا. بعد ذلك، تُضاف وسائط خلوية جديدة، وتُطرد الخلايا المنفصلة بالطرد المركزي. يُعاد تعليق حبيبات الخلايا بعناية، وتُوزع الخلايا في القارورة التي تحتوي على وسائط استزراع جديدة للنمو.

وسط النمو:

تُستخدم وسائط EMEM التي تحتوي على 10% من مصل الدم البقري (FBS)، و2 مليمولار من L-Glutamine، و1.5 غرام/لتر من NaHCO3، وEBSS، و1 مليمولار من بيروفات الصوديوم، وNEAA لزراعة خلايا Calu-3. يجب استبدال وسط خلايا Calu-3 من 2 إلى 3 مرات أسبوعيًا.

ظروف النمو:

تُزرع خلايا Calu-3 في حاضنة مرطبة عند درجة حرارة 37 درجة مئوية وبتزويد بنسبة 5% من ثاني أكسيد الكربون.

التخزين:

يجب تخزين الخلايا المجمدة في الطور البخاري للنيتروجين السائل أو عند درجة حرارة أقل من -150 درجة مئوية للحفاظ على حيوية الخلايا على المدى الطويل.

عملية التجميد والوسط:

تُستخدم وسائط التجميد CM-1 أو CM-ACF بشكل أساسي لتجميد خط خلايا الرئة Calu-3. للحفاظ على حيوية الخلايا ومنع تعرضها لأي صدمة، تخضع الخلايا لعملية تجميد بطيئة لا تسمح بانخفاض درجة الحرارة إلا بمقدار 1 درجة مئوية في الدقيقة.

عملية الذوبان:

يتم إذابة الخلايا عن طريق وضع القارورة في حمام مائي تم ضبطه مسبقًا على درجة حرارة 37 درجة مئوية لمدة دقيقة واحدة تقريبًا أو حتى يتبقى كتلة جليدية صغيرة. تُضاف وسائط استزراع جديدة، وتُطرد الخلايا لإزالة مكونات وسائط التجميد. بعد ذلك، يُعاد تعليق حبيبات الخلايا، وتُسكب الخلايا في قارورة جديدة تحتوي على وسط نمو.

مستوى السلامة الحيوية:

يُعد توفير بيئة مختبرية من مستوى السلامة البيولوجية 1 أمرًا ضروريًا للتعامل مع خط الخلايا Calu-3.

مزايا وعيوب خلايا Calu-3

مثل سلالات الخلايا البشرية الأخرى، تتمتع خلايا Calu-3 بمجموعة من المزايا والعيوب الخاصة بها. وسنناقش هنا بعضًا من أهمها.

المزايا

• نموذج ظهاري مجرى الهواء في المختبر:

  في أبحاث الجهاز التنفسي، تُعد خلايا Calu-3 نموذجًا فعالًا في المختبر لظهارة مجرى الهواء. فهي تعكس خصائص بطانة مجرى الهواء البشري، مما يتيح إجراء أبحاث حول انتقال الأدوية، ودراسات التفاعل بين المضيف والممرض، وإنتاج الموسين.

• الاستقطاب:

  تشكل خلايا Calu-3 طبقات أحادية مستقطبة، مما يجعلها مستخدمة على نطاق واسع لدراسة نقل الأدوية والتفاعلات بين المضيف والممرض في سياق أكثر واقعية.

العيوب

• سلالة الخلايا السرطانية:

  تم الحصول على خلايا Calu-3 من سرطان غدي الرئة، لذا من المهم ملاحظة أنها قد لا تمثل أنسجة الرئة السليمة تمامًا. يجب على الباحثين أخذ ذلك في الاعتبار عند استخدامها كنموذج في الدراسات.

تطبيقات خط الخلايا Calu-3 في الأبحاث

تقدم خلايا Calu-3 العديد من التطبيقات في مجال البحوث الطبية الحيوية. سيلقي هذا القسم من المقال الضوء على بعض أكثرها واعدة.

• دراسات أمراض الجهاز التنفسي: تُستخدم خلايا الرئة Calu-3 لدراسة مختلف أمراض أو اضطرابات الجهاز التنفسي، مثل التليف الكيسي والربو ومرض الانسداد الرئوي المزمن (COPD). بحثت دراسة أجرتها تشيارا بابي وزملاؤها في تأثير الببتيد-الحمض النووي (PNA) المضاد لـ miR-101-3p في استهداف miRNA-101-3p باستخدام نموذج Calu-3 للتليف الكيسي في المختبر. وقد توصلت الدراسة إلى أن العلاج بـ PNA يميل إلى زيادة التعبير الجيني لمنظم التوصيل عبر الغشاء في التليف الكيسي (CFTR)، مما يشير إلى استراتيجية علاجية محتملة للتليف الكيسي والاضطرابات المرتبطة به [2].
• تطوير الأدوية: تُستخدم خلايا Calu-3 كنموذج لاختبار وتطوير الأدوية لعلاج العديد من أمراض الجهاز التنفسي. إلى جانب ذلك، تُستخدم هذه الخلايا أيضًا في دراسة انتقال الأدوية عبر ظهارة مجرى الهواء. على سبيل المثال، استكشفت دراسة أُجريت في عام 2021 النشاط المضاد للفيروسات لمستخلص نبات Andrographis paniculata ومركب أندروغرافوليد النشط بيولوجيًا فيه، وذلك في سياق عدوى خلايا Calu-3 بفيروس SARS-CoV-2 [3].
• التفاعلات بين المضيف والممرض: تُعد خلايا Calu-3 مثالية لدراسة تفاعل الممرضات مع ظهارة مجرى الهواء، مما يساعد في فهم العدوى التنفسية مثل SARS-CoV-2. على سبيل المثال، قام بيونغ كوون بارك وزملاؤه بفحص استجابات خلايا Calu-3 وVero وإنتاج الفيروس استجابةً لعدوى SARS-CoV-2 [4].

5. خلايا Calu-3: المنشورات البحثية

فيما يلي بعض الدراسات البحثية المثيرة للاهتمام والتي يُستشهد بها كثيرًا والتي تتناول خلايا Calu-3:

يقوم الجزيء المُطلق لأول أكسيد الكربون-2 (CORM-2) بكبح التكاثر والهجرة والغزو، كما يعزز موت الخلايا المبرمج في خلايا Calu-3 لسرطان الرئة ذي الخلايا غير الصغيرة

نُشرت هذه الدراسة في مجلة «European Review for Medical and Pharmacological Sciences» عام 2018. وأشارت الدراسة إلى أن الجزيء المُطلق لأول أكسيد الكربون-2 (CORM-2) يعزز موت الخلايا المبرمج لخلايا سرطان الرئة غير الصغيرة (Calu-3) ويثبط تكاثرها وهجرتها وغزوها.

تُظهر الخلايا الظهارية Calu-3 استجابات مناعية واستجابات الحاجز الظهاري تختلف عن تلك التي تظهرها الخلايا الظهارية الأنفية الأولية المُعزولة حديثًا في المختبر

قارنت هذه الدراسة، التي نُشرت في مجلة «Clinical and Translational Allergy» (2018)، الاستجابات المناعية واستجابات الحاجز الظهاري لسلالة الخلايا Calu-3 والخلايا الظهارية الأنفية الأولية المزروعة حديثًا.

الكينين يثبط إصابة سلالات الخلايا البشرية بفيروس SARS-CoV-2

اقترحت هذه المقالة المنشورة في مجلة «فيروسات» (Viruses) (2021) الكينين كعلاج محتمل لعدوى فيروس SARS-CoV-2 من خلال تقييم تأثيره على سلالات خلوية مختلفة مصابة بالفيروس مثل Calu-3.

تؤدي مستويات D-glucose المرتفعة إلى تحفيز التعبير الجيني لـ ACE2 عبر GLUT1 في خط الخلايا الظهارية للمجرى الهوائي البشري Calu-3

اقترح هذا البحث المنشور في مجلة BMC Molecular and Cell Biology (2022) أن مستويات D-glucose المرتفعة تحفز التعبير عن ACE2 في خلايا Calu-3 عبر تنظيم جين GLUT1.

يُعدّل Dolosigranulum pigrum المناعة ضد فيروس SARS-CoV-2 في الخلايا الظهارية التنفسية

استكشفت هذه المقالة المنشورة في مجلة Pathogens (2021) التأثيرات المناعية لـ Dolosigranulum pigrum 040417 في الخلايا الظهارية الرئوية. كما بحثت في إمكانات هذه البكتيريا المناعية في الحماية من عدوى SARS-CoV-2.

موارد خلايا Calu-3: بروتوكولات ومقاطع فيديو والمزيد

تتوفر العديد من الموارد عبر الإنترنت حول خلايا Calu-3، والتي تتضمن معلومات تتعلق بزراعة الخلايا وإدخال الجينات إليها.

• بروتوكول نقل الجينات لخلايا Calu-3: سيوفر هذا المورد معرفة أساسية حول نقل الجينات لخلايا Calu-3.
• إدخال الجينات في خلايا Calu-3: هذا الفيديو التعليمي هو دليل تفصيلي لتعلم بروتوكول إدخال الجينات في خلايا Calu-3 في المختبر.

يتم ذكر بروتوكول زراعة خلايا Calu-3 هنا.

• خلايا Calu-3: يتضمن هذا المستند معلومات تتعلق بوسط خلايا Calu-3 وبروتوكول إعادة الاستزراع أو التمرير.

المراجع

1. Wiese-Rischke, C., R.S. Murkar, و H. Walles، «النماذج البيولوجية للمجرى الهوائي السفلي البشري — التحديات والمتطلبات الخاصة لنماذج الحاجز ثلاثية الأبعاد البشرية في مجال البحوث الطبية الحيوية». مجلة Pharmaceutics، 2021. 13(12).
2. Fabbri, E.، وآخرون، يرتبط علاج خلايا Calu-3 الظهارية للمجرى الهوائي البشري باستخدام حمض نوكلييك الببتيد (PNA) الذي يستهدف الميكرو آر إن إيه miR-101-3p بزيادة التعبير عن جين منظم التوصيل عبر الغشاء في التليف الكيسي (). المجلة الأوروبية للكيمياء الطبية، 2021. 209: ص. 112876.
3. سا-نجيامسونتورن، ك.، وآخرون، النشاط المضاد لفيروس SARS-CoV-2 لمستخلص نبات أندروغرافيس بانيكولاتا ومكونه الرئيسي أندروغرافوليد في خلايا ظهارة الرئة البشرية وتقييم السمية الخلوية في خلايا ممثلة للأعضاء الرئيسية. مجلة المنتجات الطبيعية، 2021. 84(4): ص. 1261-1270.
4. Park, B.K.، وآخرون، «الاختلافات في الإشارات وإنتاج الفيروس في خلايا Calu-3 وخلايا Vero عند الإصابة بفيروس SARS-CoV-2». Biomol Ther (Seoul)، 2021. 29(3): ص. 273-281.