Células HEK293: Una piedra angular de la investigación celular y la biotecnología modernas
Las células de riñón embrionario humano 293(HEK293) son una línea celular de riñón embrionario humano que ha ganado gran popularidad en la comunidad científica por su versatilidad y utilidad en una amplia gama de aplicaciones de investigación. La línea celular se creó a principios de la década de 1970 y desde entonces se ha utilizado para el desarrollo de vacunas, la investigación del cáncer, el ensayo de fármacos y la transducción de señales. Esta entrada del blog explorará todos los aspectos de la línea celular HEK293, incluyendo su origen, información de cultivo, ventajas e inconvenientes, aplicaciones y recursos.
Células HEK293: Información general y origen
¿Qué son las células HEK293?
Las células HEK293 son una línea celular de riñón embrionario humano derivada del tejido renal de un embrión humano de filiación desconocida al que se le ha practicado la interrupción voluntaria del embarazo. Las células fueron creadas por un biólogo holandés llamado Alex Van der Eb a principios de la década de 1970. Posteriormente, el investigador Frank Graham las inmortalizó mediante una transformación con un adenovirus 5 truncado.
Al principio, las células parecían difíciles de transformar. Sin embargo, tras muchos esfuerzos continuos, el crecimiento celular se produjo a partir de un único clon transformado aislado [1]. La transfección de la célula con adenovirus 5 condujo a la inclusión de los genes E1A y E1B en el genoma de la célula, lo que evita la muerte celular y permite la producción abundante de proteínas. Antes de la inmortalización, las células renales fetales no se caracterizaban adecuadamente, por lo que se desconoce su tipo celular exacto.
Los riñones embrionarios están compuestos por células endoteliales, epiteliales y fibroblastos, por lo que las células HEK 293 probablemente pertenezcan a estas células. Sin embargo, el ARNm y los productos génicos sugieren que se trata de células neuronales. Es posible que la adición de Ad5 alterara el fenotipo celular y la expresión génica. Dato curioso: El "293" en HEK293 se refiere al experimento número 293 realizado por Graham.
Dato curioso: El "293" en HEK293 se refiere al experimento número 293 realizado por Graham.
Características de las células HEK293
- Morfología
- Tamaño celular
- Genoma y ploidía (número de cromosomas)
Las células HEK293 tienen una forma que recuerda a las células epiteliales. Los riñones embrionarios se componen principalmente de células fibroblásticas, endoteliales y epiteliales. Por tanto, las células 293 se asemejan a uno de estos tipos celulares en cuanto a forma.
El tamaño de las células HEK 293 oscila entre 11 y 15 µm, lo que puede verse afectado por las condiciones de cultivo. En cultivo, las células pueden parecer aplanadas cuando crecen en superficie o redondeadas en suspensión. Las células HEK293 son hipotriploides, y aproximadamente el 30% de las células HEK293 tienen una ploidía modal de 64 cromosomas, pero algunas células tienen incluso más cromosomas. Las células también tienen tres copias del cromosoma X y un fragmento de adenovirus 5 de 4 pares de kilobases integrado en el cromosoma 19.
Comparación entre la línea celular HEK293 y la HEK293T
Se han derivado muchos derivados de las células HEK 293 parentales, como los derivados comunes de células 293 HEK293T y HEK293F. Las células HEK293T son uno de los derivados más utilizados y se crearon mediante la incorporación de un mutante del antígeno T SV40 sensible a la temperatura en el genoma original de las células HEK 293. La expresión del antígeno T permite la replicación de plásmidos con un origen de replicación SV40 cuando se transfectan en células 293-T, lo que conduce a una mayor producción de proteínas recombinantes [2]. Para más información sobre los derivados de las líneas celulares HEK, incluyendo su desarrollo y características, consulte este artículo de revisión.
Fundamentos del cultivo de células HEK293: Guía paso a paso
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Condiciones |
Información |
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Tiempo de duplicación de la población |
El tiempo de duplicación de la línea celular HEK293 oscila entre 24 y 45 horas, con una media de 30 horas. |
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Cultivos adherentes o en suspensión |
Las células HEK293 pueden cultivarse tanto en forma adherente como en suspensión. Las células adherentes crecen como monocapas, mientras que los cultivos en suspensión crecen como esferoides. |
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Densidad de siembra |
Dividir las células al 80-90% de confluencia durante la fase de crecimiento. Separar las células utilizando Accutase y sembrar a una densidad de 1 a 4 x 104 células/cm2. Se formará una capa confluente en 4 días a una densidad de siembra de 1 x 104 células/cm2. |
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Medio de crecimiento |
Cultivar en medio esencial mínimo de Eagle (EMEM) con 2 mM de L-glutamina y 10% de suero fetal bovino (FBS). Cambiar el medio dos veces por semana. |
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Condiciones de crecimiento (temperatura, CO2) |
Mantener en una incubadora humidificada a 37 °C con un 5% de CO2 para un crecimiento óptimo. |
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Almacenamiento |
Almacenar en fase vapor o líquida de nitrógeno líquido para su conservación a largo plazo. Evitar almacenar en congelador a -80 °C ya que puede afectar a la viabilidad celular. |
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Proceso y medio de congelación |
Utilizar un método de congelación lento para una mejor conservación. Congelar en medio de congelación CM-1 o CM-ACF disponible en CLS. |
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Proceso de descongelación |
Descongelar las células congeladas en un baño de agua a 37 °C durante 1-2 minutos hasta que quede un pequeño grumo de hielo. Transferir la suspensión celular a un tubo de centrífuga y añadir medio de crecimiento precalentado y centrifugar para eliminar los componentes del medio de congelación. Resuspender el sedimento celular en medio fresco y cultivar en condiciones óptimas. |
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Nivel de bioseguridad |
Las células HEK293 requieren un nivel de bioseguridad 1. |
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La línea celular HEK293 en la investigación y la industria
Las aplicaciones de las células HEK293 son diversas y significativas. Se utilizan con frecuencia como sistema para la expresión y producción de proteínas recombinantes. Debido a su origen humano, es más probable que las proteínas producidas en estas células sean similares a sus homólogas humanas naturales en cuanto a estructura y función, lo cual es crucial para las aplicaciones terapéuticas.
Además, las células HEK293 se emplean a menudo en el estudio de la función y regulación génicas, ya que absorben fácilmente ADN extraño, lo que las convierte en un modelo excelente para la manipulación genética. Estas células también desempeñan un papel fundamental en la producción de vectores adenovirales, que se utilizan en la terapia génica y el desarrollo de vacunas, incluida la rápida generación de vacunas contra el COVID-19.
Producción de vacunas y proteínas: Las células HEK 293 son adecuadas para la fabricación a gran escala de proteínas y vacunas terapéuticas. La línea celular se utiliza además para generar vectores virales como los vectores adenoasociados y adenovirales. Recientemente, las células HEK293 se han utilizado para producir una proteína recombinante crucial, la eritropoyetina (EPO).
Análisis de fármacos: Las células HEK293 se utilizan con frecuencia para probar la toxicidad de fármacos y productos naturales.
Investigación del cáncer: las células 293 son tumorigénicas, y los cambios cruciales en la expresión génica pueden agravar la tumorigénesis en esta línea celular. Por lo tanto, la línea celular 293 se utiliza con frecuencia en estudios sobre el cáncer para comprender los mecanismos moleculares subyacentes y el desarrollo de fármacos.
Estudios de transfección: La transfección es el proceso de introducir ácidos nucleicos en las células, y las células HEK293 son especialmente aptas para este proceso. A continuación se explica más sobre este tema.
El papel de las HEK293 en la producción de vacunas y proteínas
En la producción de vacunas, las células HEK293 han sido fundamentales para el desarrollo de vacunas basadas en adenovirus. Su capacidad para crecer en cultivos en suspensión permite procesos escalables, fundamentales para satisfacer la demanda mundial de vacunas. Además, su origen humano supone una ventaja sobre otras líneas celulares, ya que pueden realizar modificaciones postraduccionales similares a las humanas, lo que garantiza la eficacia biológica de las vacunas producidas.
La versatilidad de las células HEK293 se extiende a la producción de proteínas complejas, incluidos anticuerpos monoclonales y biosimilares, que se utilizan en el tratamiento del cáncer, las enfermedades autoinmunes y otras afecciones. Su capacidad para plegar y modificar proteínas con precisión las convierte en la opción preferida en la industria de producción de proteínas recombinantes.
¿Por qué se utilizan las células HEK293 para la transfección?
La transfección es el proceso de introducir ácidos nucleicos en las células, y las células HEK293 son especialmente aptas para este proceso. Hay varias razones por las que las células HEK293 son favorables para la transfección:
- Alta eficacia de transfección: Las células HEK293 tienen una alta tasa de captación de ADN extraño, que puede atribuirse a su capacidad para expresar ciertos genes virales que facilitan la entrada de ADN en la célula.
- Crecimiento robusto: Estas células crecen rápidamente y son relativamente fáciles de mantener, lo que resulta beneficioso para experimentos que requieren resultados rápidos y fiables.
- Adaptabilidad: Las células HEK293 pueden cultivarse en diversas condiciones, incluidos cultivos adherentes o en suspensión, lo que las hace adecuadas para la producción de proteínas a gran escala.
- Línea celularhumana: Como línea celular humana, proporcionan un contexto biológico más relevante para la biología humana, lo que es particularmente importante en la investigación terapéutica donde la respuesta en células humanas es predictiva de los resultados in vivo.
- Versatilidad: Son capaces de producir proteínas con modificaciones postraduccionales complejas, una característica esencial para la funcionalidad de muchas proteínas, especialmente los anticuerpos terapéuticos.
Protocolo de subcultivo de HEK293
Reactivos necesarios
- 1X solución salina tamponada con fosfato (PBS)
- 10% Tripsina-PBS
- Medio de Eagle modificado de Dulbecco (DMEM)
Procedimiento
Preparación de las células
- Comprobar al microscopio que las células HEK son confluentes en un 90%.
- Limpie la estación de trabajo utilizando técnicas asépticas y esterilice la campana extractora con luz UV.
- Limpiar el espacio de trabajo con etanol al 70%.
- Precalentar todos los reactivos en un baño de agua a 37 °C.
Cálculo de la fracción de división y la cantidad de semillas
- Determine la fracción de división, normalmente entre 1:5 y 1:20.
- Calcular el volumen para el pipeteado mediante la fórmula Vp = (S)(Vd).
Volúmenes de medios y protocolos de división
Para el cultivo celular, diferentes recipientes requieren volúmenes de medio específicos y tienen áreas de crecimiento únicas. Por ejemplo, una placa de 6 pocillos tiene un área de crecimiento de 4,67 cm^2 por pocillo y necesita unos 2,5 mL de medio, mientras que una placa de 100 mm tiene un área de crecimiento de 55 cm^2, que requiere 10 mL de medio. El proceso de división celular consiste en eliminar el medio antiguo, lavar con PBS, incubar con Accutase, neutralizar con DMEM, centrifugar, resuspender en medio nuevo y sembrar en una placa nueva. Para conocer los pasos detallados y las proporciones para otros recipientes como matraces de 100 cm^2 y placas de 150 mm, consulte la fuente original.
Ventajas y limitaciones de la línea celular HEK293
Las células HEK293 tienen características distintivas que las hacen atractivas para la investigación y la producción de proteínas.
Ventajas
- Alta producción de proteínas recombinantes: Las células HEK293 pueden producir grandes cantidades de proteínas recombinantes con modificaciones postraduccionales complejas.
- Transfección flexible: Estas células son altamente eficientes para estudios de transfección y pueden ser transfectadas eficientemente usando varios métodos físicos y químicos.
- Análisis de expresión génica: Debido a su capacidad para ser transfectadas eficientemente, las células HEK293 pueden ser utilizadas para análisis de expresión génica tanto transitorios como estables.
- Reproducibilidad de los resultados: Las células HEK293 ofrecen resultados consistentes, fiables y reproducibles, lo que las convierte en una elección popular para los laboratorios de investigación.
Inconvenientes de la línea celular HEK293
- Contaminación bacteriana: El riesgo de contaminación bacteriana es un problema común en el cultivo de líneas celulares, incluidas las células HEK293. Las infecciones bacterianas pueden alterar el pH de los medios de cultivo, provocar turbidez y afectar a la forma de las células, el periodo de cultivo y la expresión génica. Para evitar la contaminación, deben mantenerse estrictamente las condiciones asépticas de cultivo celular.
- Infección vírica: Las células HEK293, al igual que otras líneas celulares humanas, son susceptibles a enfermedades víricas humanas. Estas infecciones sólo pueden detectarse mediante pruebas PCR y no son fácilmente visibles.
- Periodo de cultivo: Aunque la línea celular HEK293 es inmortalizada, los periodos de cultivo prolongados pueden degradar gradualmente la salud celular y afectar a la expresión génica, la reproducibilidad y el crecimiento celular. Para mantener un cultivo sano, se recomienda mantener el número de pases por debajo de 20.
Recursos HEK293: Protocolos, vídeos y más
Las células HEK293 son una línea celular ampliamente utilizada y estudiada, lo que da lugar a diversos recursos para su mantenimiento y cultivo. A continuación, destacamos algunos recursos para aprender sobre los protocolos de cultivo de células HEK293:
- División y mantenimiento de células HEK: Un sitio web educativo con abundante información sobre las células HEK293. Describe el protocolo de subcultivo y siembra para esta línea celular.
- Células HEK293: Este enlace web proporciona toda la información publicada sobre las condiciones de cultivo celular, los medios de crecimiento y los protocolos de división.
Vídeos relacionados con la línea celular HEK293
Existen numerosos vídeos educativos sobre subcultivo, cultivo celular y protocolos de transfección de células HEK293.
- Expresión transitoria con células 293: Este vídeo educativo describe el concepto básico del análisis de expresión transitoria en células HEK293 con ilustraciones.
- División de células HEK293: Este vídeo muestra el protocolo completo de subcultivo para la línea celular HEK293.
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Preguntas frecuentes sobre las células HEK293
Las células HEK293 son un tema de uso muy extendido en la investigación científica, lo que naturalmente suscita numerosas preguntas sobre su naturaleza, origen y características. A continuación, exploramos algunas de estas preguntas comunes.
Lista de referencias
- Lin, Y.-C., et al., Dinámica del genoma del linaje 293 del riñón embrionario humano en respuesta a manipulaciones de biología celular. Comunicaciones de la naturaleza, 2014. 5(1): p. 4767.
- Tan, E., et al., Línea celular HEK293 como plataforma para producir proteínas recombinantes y vectores virales. Frontiers in bioengineering and biotechnology, 2021: p. 1288.
- Pulix, M., et al., Molecular characterization of HEK293 cells as emerging versatile cell factories. Current Opinion in Biotechnology, 2021. 71: p. 18-24.
- Alvim, R.G., I. Itabaiana Jr, y L.R. Castilho, Zika virus-like particles (VLPs): Líneas celulares estables y procesos de perfusión continua como nueva plataforma potencial de fabricación de vacunas. Vaccine, 2019. 37(47): p. 6970-6977.
- Schwarz, H., et al., El biorreactor a pequeña escala admite el cultivo de perfusión de células HEK293 de alta densidad para la producción de eritropoyetina recombinante. Revista de biotecnología, 2020. 309: p. 44-52.
- Liu, X., et al., Nanotoxic effects of silver nanoparticles on normal HEK-293 cells in comparison to cancerous HeLa cell line. Revista internacional de nanomedicina, 2021. 16: p. 753.
- Patra, B., et al., Piper betle: síntesis aumentada de nanopartículas de oro y su evaluación de citotoxicidad in vitro en células HeLa y HEK293. Journal of Cluster Science, 2020. 31: p. 133-145.
- Stepanenko, A. y V. Dmitrenko, HEK293 in cell biology and cancer research: phenotype, karyotype, tumorigenicity, and stress-induced genome-phenotype evolution. Gene, 2015. 569(2): p. 182-190.