Cellules HEK293 : Une pierre angulaire de la recherche cellulaire moderne et de la biotechnologie
Les cellules rénales embryonnaires humaines 293(HEK293) sont une lignée de cellules rénales embryonnaires humaines qui a acquis une grande popularité dans la communauté scientifique en raison de leur polyvalence et de leur utilité dans un large éventail d'applications de recherche. La lignée cellulaire a été créée au début des années 1970 et a depuis été utilisée pour le développement de vaccins, la recherche sur le cancer, les tests de médicaments et la transduction des signaux. Cet article de blog explore tous les aspects de la lignée cellulaire HEK293, y compris son origine, les informations relatives à la culture, les avantages et les inconvénients, les applications et les ressources.
Cellules HEK293 : Informations générales et origine
Que sont les cellules HEK293 ?
Les cellules HEK293 sont une lignée de cellules rénales embryonnaires humaines dérivées du tissu rénal d'un embryon humain de parenté inconnue ayant fait l'objet d'une interruption volontaire de grossesse. Ces cellules ont été créées par un biologiste néerlandais, Alex Van der Eb, au début des années 1970. Elles ont ensuite été immortalisées par une transformation avec un adénovirus 5 tronqué par le chercheur Frank Graham.
Au départ, les cellules semblaient difficiles à transformer. Cependant, après de nombreux efforts continus, la croissance cellulaire s'est produite à partir d'un seul clone transformé isolé [1]. La transfection de la cellule avec l'adénovirus 5 a conduit à l'inclusion des gènes E1A et E1B dans le génome de la cellule, ce qui empêche la mort cellulaire et permet une production abondante de protéines. Avant l'immortalisation, les cellules rénales fœtales n'étaient pas caractérisées de manière adéquate, de sorte que leur type cellulaire exact est inconnu.
Les reins embryonnaires sont composés de cellules endothéliales, épithéliales et de fibroblastes, et les cellules HEK 293 appartiennent probablement à ces cellules. Cependant, l'ARNm et les produits génétiques suggèrent qu'il s'agit de cellules neuronales. Il est possible que l'ajout de l'Ad5 ait modifié le phénotype cellulaire et l'expression des gènes. Fait amusant : le "293" dans HEK293 fait référence à la 293e expérience réalisée par Graham.
Fait amusant : le "293" de HEK293 fait référence à la 293e expérience réalisée par Graham.
Caractéristiques des cellules HEK293
- Morphologie
- Taille des cellules
- Génome et ploïdie (nombre de chromosomes)
Les cellules HEK293 ont une forme qui ressemble à celle des cellules épithéliales. Les reins embryonnaires sont principalement composés de fibroblastes, de cellules endothéliales et de cellules épithéliales. La forme des cellules 293 ressemble donc à l'un de ces types de cellules.
La taille des cellules HEK 293 se situe entre 11 et 15 µm, ce qui peut être affecté par les conditions de culture. En culture, les cellules peuvent apparaître aplaties lorsqu'elles sont cultivées sur une surface ou arrondies en suspension. Les cellules HEK293 sont hypotriploïdes et environ 30 % d'entre elles ont une ploïdie modale de 64 chromosomes, mais certaines cellules ont encore plus de chromosomes. Les cellules possèdent également trois copies du chromosome X et un fragment de 4 paires de kilobases de l'adénovirus 5 intégré dans le chromosome 19.
Comparaison de la lignée cellulaire HEK293 et HEK293T
De nombreux dérivés ont été obtenus à partir des cellules HEK 293 parentales, comme les dérivés courants des cellules 293 HEK293T et HEK293F. Les cellules HEK293T sont l'un des dérivés les plus utilisés et ont été créées en incorporant un mutant de l'antigène T SV40 sensible à la température dans le génome original des cellules HEK 293. L'expression de l'antigène T permet la réplication de plasmides ayant une origine de réplication SV40 lorsqu'ils sont transfectés dans des cellules 293-T, ce qui entraîne une production accrue de protéines recombinantes [2]. Pour plus d'informations sur les dérivés de la lignée cellulaire HEK, y compris leur développement et leurs caractéristiques, veuillez vous référer à cet article de synthèse.
Les bases de la culture des cellules HEK293 : Guide étape par étape
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Conditions |
Informations |
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Temps de doublement de la population |
Le temps de doublement de la lignée cellulaire HEK293 varie de 24 à 45 heures, avec une moyenne de 30 heures. |
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Cultures adhérentes ou en suspension |
Les cellules HEK293 peuvent être cultivées sous forme adhérente ou en suspension. Les cellules adhérentes se développent en monocouche, tandis que les cultures en suspension se développent en sphéroïdes. |
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Densité d'ensemencement |
Diviser les cellules à 80-90% de confluence pendant la phase de croissance. Détacher les cellules à l'aide d'Accutase et ensemencer à une densité de 1 à 4 x 104 cellules/cm2. Une couche confluente se forme en 4 jours à une densité d'ensemencement de 1 x 104 cellules/cm2. |
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Milieu de croissance |
Cultiver dans un milieu essentiel minimum d'Eagle (EMEM) avec 2 mM de L-glutamine et 10 % de sérum bovin fœtal (FBS). Changer le milieu deux fois par semaine. |
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Conditions de croissance (température, CO2) |
Conserver dans un incubateur humidifié à 37 °C avec un apport de 5 % de CO2 pour une croissance optimale. |
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Stockage |
Conserver dans la phase vapeur ou liquide de l'azote liquide pour une conservation à long terme. Éviter le stockage dans un congélateur à -80 °C car cela peut affecter la viabilité des cellules. |
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Processus de congélation et milieu |
Utiliser une méthode de congélation lente pour une meilleure conservation. Congeler dans le milieu de congélation CM-1 ou CM-ACF disponible auprès de CLS. |
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Décongélation |
Décongeler les cellules congelées dans un bain-marie à 37 °C pendant 1 à 2 minutes jusqu'à ce qu'il ne reste plus qu'un petit amas de glace. Transférer la suspension cellulaire dans un tube à centrifuger, ajouter le milieu de croissance préchauffé et centrifuger pour éliminer les composants du milieu de congélation. Remettre en suspension le culot cellulaire dans du milieu frais et cultiver dans des conditions optimales. |
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Niveau de biosécurité |
Les cellules HEK293 nécessitent une manipulation de niveau de biosécurité 1. |
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La lignée cellulaire HEK293 dans la recherche et l'industrie
Les applications des cellules HEK293 sont diverses et importantes. Elles sont fréquemment utilisées comme système d'expression et de production de protéines recombinantes. En raison de leur origine humaine, les protéines produites dans ces cellules sont plus susceptibles d'être similaires à leurs homologues humains naturels en termes de structure et de fonction, ce qui est crucial pour les applications thérapeutiques.
En outre, les cellules HEK293 sont souvent utilisées dans l'étude de la fonction et de la régulation des gènes, car elles absorbent facilement l'ADN étranger, ce qui en fait un excellent modèle pour les manipulations génétiques. Ces cellules jouent également un rôle essentiel dans la production de vecteurs adénoviraux, qui sont utilisés dans la thérapie génique et le développement de vaccins, y compris la génération rapide de vaccins pour le COVID-19.
Production de vaccins et de protéines : Les cellules HEK 293 conviennent à la fabrication à grande échelle de protéines et de vaccins thérapeutiques. La lignée cellulaire est également utilisée pour générer des vecteurs viraux tels que les vecteurs adéno-associés et adénoviraux. Récemment, les cellules HEK293 ont été utilisées pour produire une protéine recombinante cruciale, l'érythropoïétine (EPO).
Tests de dépistage des drogues : Les cellules HEK293 sont fréquemment utilisées pour tester la toxicité des médicaments et des produits naturels.
Recherche sur le cancer : les cellules 293 sont tumorigènes, et des changements cruciaux dans l'expression des gènes peuvent aggraver la tumorigenèse dans cette lignée cellulaire. Par conséquent, la lignée cellulaire 293 est fréquemment utilisée dans les études sur le cancer pour comprendre les mécanismes moléculaires sous-jacents et le développement de médicaments.
Études de transfection : La transfection est le processus d'introduction d'acides nucléiques dans les cellules, et les cellules HEK293 se prêtent particulièrement bien à ce processus. Ce sujet est expliqué plus en détail ci-dessous.
Le rôle de HEK293 dans la production de vaccins et de protéines
Dans la production de vaccins, les cellules HEK293 ont joué un rôle déterminant dans le développement de vaccins à base d'adénovirus. Leur capacité à se développer en cultures vivantes permet de mettre en place des processus évolutifs, essentiels pour répondre à la demande mondiale de vaccins. En outre, leur origine humaine constitue un avantage par rapport à d'autres lignées cellulaires, car elles peuvent effectuer des modifications post-traductionnelles de type humain, ce qui garantit l'efficacité biologique des vaccins produits.
La polyvalence des cellules HEK293 s'étend à la production de protéines complexes, y compris les anticorps monoclonaux et les biosimilaires, qui sont utilisés dans le traitement du cancer, des maladies auto-immunes et d'autres affections. Leur capacité à plier et à modifier les protéines avec précision en fait un choix privilégié dans l'industrie de la production de protéines recombinantes.
Pourquoi les cellules HEK293 sont-elles utilisées pour la transfection ?
La transfection est le processus d'introduction d'acides nucléiques dans les cellules, et les cellules HEK293 se prêtent particulièrement bien à ce processus. Plusieurs raisons expliquent pourquoi les cellules HEK293 sont privilégiées pour la transfection :
- Efficacité élevée de la transfection: Les cellules HEK293 ont un taux élevé d'absorption de l'ADN étranger, ce qui peut être attribué à leur capacité à exprimer certains gènes viraux qui facilitent l'entrée de l'ADN dans la cellule.
- Croissance robuste: Ces cellules se développent rapidement et sont relativement faciles à maintenir, ce qui est bénéfique pour les expériences qui nécessitent des résultats rapides et fiables.
- Adaptabilité: les cellules HEK293 peuvent être cultivées dans diverses conditions, notamment dans des cultures adhérentes ou en suspension, ce qui les rend adaptées à la production de protéines à grande échelle.
- Lignée cellulaire humaine: En tant que lignée cellulaire humaine, elles fournissent un contexte biologique plus pertinent pour la biologie humaine, ce qui est particulièrement important dans la recherche thérapeutique où la réponse dans les cellules humaines est prédictive des résultats in vivo.
- Polyvalence: Elles sont capables de produire des protéines avec des modifications post-traductionnelles complexes, une caractéristique essentielle pour la fonctionnalité de nombreuses protéines, en particulier les anticorps thérapeutiques.
Protocole de sous-culture HEK293
Réactifs requis
- 1X sérum physiologique tamponné au phosphate (PBS)
- 10% Trypsine-PBS
- Milieu d'aigle modifié de Dulbecco (DMEM)
Procédure
Préparation des cellules
- Vérifier au microscope que les cellules HEK sont confluentes à 90 %.
- Nettoyer le poste de travail en utilisant des techniques aseptiques et stériliser la hotte à l'aide d'une lumière UV.
- Essuyer l'espace de travail avec de l'éthanol à 70 %.
- Préchauffer tous les réactifs dans un bain-marie à 37°C.
Calcul de la fraction fractionnée et de la quantité de semences
- Déterminer la fraction fractionnée, généralement entre 1:5 et 1:20.
- Calculer le volume pour le pipetage à l'aide de la formule : Vp = (S)(Vd).
Volumes de milieu et protocoles de fractionnement
Pour la culture cellulaire, différents récipients nécessitent des volumes de milieu spécifiques et ont des zones de croissance uniques. Par exemple, une plaque à 6 puits a une surface de croissance de 4,67 cm^2 par puits et nécessite environ 2,5 ml de milieu, tandis qu'une plaque de 100 mm a une surface de croissance de 55 cm^2 et nécessite 10 ml de milieu. Le processus de division des cellules consiste à retirer les anciens milieux, à les laver avec du PBS, à les incuber avec de l'Accutase, à les neutraliser avec du DMEM, à les centrifuger, à les remettre en suspension dans de nouveaux milieux, puis à les ensemencer sur une nouvelle plaque. Pour les étapes détaillées et les ratios pour d'autres récipients tels que les flacons de 100 cm^2 et les plaques de 150 mm, veuillez vous référer à la source originale.
Avantages et limites de la lignée cellulaire HEK293
Les cellules HEK293 présentent des caractéristiques distinctives qui les rendent intéressantes pour la recherche et la production de protéines.
Avantages
- Production élevée de protéines recombinantes : Les cellules HEK293 peuvent produire de grandes quantités de protéines recombinantes avec des modifications post-traductionnelles complexes.
- Transfection flexible : Ces cellules sont très efficaces pour les études de transfection et peuvent être efficacement transfectées à l'aide de diverses méthodes physiques et chimiques.
- Analyse de l'expression génétique : En raison de leur capacité à être efficacement transfectées, les cellules HEK293 peuvent être utilisées pour l'analyse de l'expression génique transitoire et stable.
- Reproductibilité des résultats : Les cellules HEK293 offrent des résultats cohérents, fiables et reproductibles, ce qui en fait un choix populaire pour les laboratoires de recherche.
Inconvénients de la lignée cellulaire HEK293
- Contamination bactérienne : Le risque de contamination bactérienne est un défi courant dans la culture des lignées cellulaires, y compris les cellules HEK293. Les infections bactériennes peuvent modifier le pH du milieu de culture, provoquer une turbidité et affecter la forme des cellules, la période de culture et l'expression des gènes. Pour éviter la contamination, les conditions aseptiques de culture cellulaire doivent être rigoureusement maintenues.
- Infection virale : Les cellules HEK293, comme les autres lignées cellulaires humaines, sont sensibles aux maladies virales humaines. Ces infections ne peuvent être détectées que par des tests PCR et ne sont pas facilement visibles.
- Période de culture : Bien que la lignée cellulaire HEK293 soit immortalisée, des périodes de culture prolongées peuvent progressivement dégrader la santé des cellules et affecter l'expression des gènes, la reproductibilité et la croissance cellulaire. Pour maintenir une culture saine, il est recommandé de limiter le nombre de passages à moins de 20.
Aperçu des ressources HEK293 : Protocoles, vidéos et autres
Les cellules HEK293 sont une lignée cellulaire largement utilisée et bien étudiée, ce qui donne lieu à diverses ressources pour leur maintenance et leur culture. Nous présentons ici quelques ressources permettant d'apprendre les protocoles de culture des cellules HEK293 :
- Division et maintenance des cellules HEK : Un site web éducatif contenant de nombreuses informations sur les cellules HEK293. Il décrit le protocole de sous-culture et d'ensemencement de cette lignée cellulaire.
- Cellules HEK293 : Ce site web fournit toutes les informations publiées sur les conditions de culture des cellules, les milieux de croissance et les protocoles de division.
Vidéos relatives à la lignée cellulaire HEK293
De nombreuses vidéos éducatives sont disponibles sur les protocoles de sous-culture, d'ensemencement et de transfection des cellules HEK293.
- Expression transitoire à l'aide de cellules 293 : Cette vidéo éducative décrit le concept de base de l'analyse de l'expression transitoire dans les cellules HEK293 avec des illustrations.
- Séparation des cellules HEK293 : Cette vidéo présente le protocole complet de sous-culture de la lignée cellulaire HEK293.
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Questions fréquemment posées sur les cellules HEK293
Les cellules HEK293 sont largement utilisées dans la recherche scientifique, ce qui soulève naturellement de nombreuses questions sur leur nature, leur origine et leurs caractéristiques. Nous examinons ci-dessous quelques-unes de ces questions courantes.
Liste de référence
- Lin, Y.-C., et al, Genome dynamics of the human embryonic kidney 293 lineage in response to cell biology manipulations. Nature communications, 2014. 5(1) : p. 4767.
- Tan, E., et al, HEK293 cell line as a platform to produce recombinant proteins and viral vectors. 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, et L.R. Castilho, Zika virus-like particles (VLPs) : Stable cell lines and continuous perfusion processes as a new potential vaccine manufacturing platform. Vaccine, 2019. 37(47) : p. 6970-6977.
- Schwarz, H., et al, Small-scale bioreactor supports high density HEK293 cell perfusion culture for the production of recombinant Erythropoietin. Journal of biotechnology, 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. International journal of nanomedicine, 2021. 16: p. 753.
- Patra, B., et al, Piper betle : augmented synthesis of gold nanoparticles and its in-vitro cytotoxicity assessment on HeLa and HEK293 cells (Piper betle : synthèse accrue de nanoparticules d'or et évaluation de leur cytotoxicité in vitro sur les cellules HeLa et HEK293). Journal of Cluster Science, 2020. 31: p. 133-145.
- Stepanenko, A. et 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.