Una línia cel·lular immortalitzada, o línia cel·lular, és una població de cèl·lules provinents d'un organisme pluricel·lular que degut a una mutació casual o induïda, han evadit els mecanismes naturals de senescència cel·lular i es poden mantenir en cultiu en divisió de manera pràcticament indefinida. En canvi, les cèl·lules normals extretes d'un organisme pluricel·lular, si s'intenta mantenir-les en cultiu, proliferen un nombre finit i reduït de vegades (és el que s'anomena cultiu primari o cultiu secundari si s'han pogut subcultivar les cèl·lules del cultiu primari alguns passatges).miniatura|Microscòpia de Contrast de Fase de fibroblasts NIH-3T3 en cultiu
Les cèl·lules immortalitzades es poden cultivar durant molt de temps in vitro, però tampoc de manera indefinida perquè al llarg de les successives divisions les cèl·lules van degenerant i «envellint». Les mutacions necessàries per a la immortalitat poden produir-se de manera natural o poden induir-se intencionadament amb finalitats experimentals. Les línies cel·lulars immortals són una eina molt útil per a la recerca en diversos camps de la bioquímica, la biologia cel·lular i la biotecnologia.
Donat el seu baix cost, la seva facilitat d'ús i la reproductibilitat dels resultats entre diferents experiments i diferents laboratoris, les línies de cèl·lules contínues s'utilitzen des de fa molts anys. Es comparteixen entre investigadors i això permet la reproducció i confirmació de resultats.
Cal no confondre les línies cel·lulars immortalitzades amb les cèl·lules mare, que també es poden dividir indefinidament. Les cèl·lules mare formen part del desenvolupament normal d'un organisme pluricel·lular. Les línies cel·lulars, en canvi, són cèl·lules aïllades d'un organisme, és a dir, no formen part ja de l'organisme ni intervenen en les seves funcions, i es mantenen de manera artificial com a eina d'estudi per a la recerca.
Tipus Segons la vida útil del cultiu, les línies cel·lulars es classifiquen en dos tipus:
Línies cel·lulars finites Les línies cel·lulars que passen per un nombre limitat de divisions cel·lulars amb una vida útil limitada es coneixen com a línies cel·lulars finites. Les cèl·lules es poden subcultivar o «passar» diverses vegades i després perden la seva capacitat de proliferar, que és un esdeveniment determinat genèticament conegut com a senescència. Les línies cel·lulars derivades de cultius primaris de cèl·lules normals són línies cel·lulars finites.
Línies cel·lulars contínues Quan una línia cel·lular finita experimenta una transformació i adquireix la capacitat de dividir-se indefinidament, es converteix en una línia cel·lular contínua. Aquesta transformació/mutació es pot produir espontàniament o pot ser induïda de diverses maneres: químicament; mitjançant un virus o mitjançant l'establiment de cultius cel·lulars a partir d'un teixit maligne. Els cultius cel·lulars preparats d'aquesta manera es poden subcultivar i cultivar indefinidament com a línies cel·lulars permanents i són immortals.
Aquestes cèl·lules són menys adherents, creixen ràpidament, són menys exigents en els seus requisits nutricionals, són capaces de créixer fins a una densitat cel·lular més alta i en fenotips diferents del teixit original. Aquestes cèl·lules creixen més en suspensió. També tenen una tendència a créixer l'una sobre l'altra en multicapes sobre superfícies de vasos de cultiu.
Relació amb la biologia i la patologia naturals miniatura|Microscòpia de Fluorescència de cèl·lules HeLa en cultiu. La immunohistoquímica mostra el marcatge diferencial del DNA i, per tant, del nucli (en blau), dels microtúbuls del citoesquelet (en verd), i de l'aparell de Golgi (en taronja). Hi ha diverses línies cel·lulars immortalitzades. Algunes d'elles són línies cel·lulars normals (per exemple, derivades de cèl·lules mare). Altres línies cel·lulars són l'equivalent in vitro de les cèl·lules canceroses. El càncer es produeix quan, en una cèl·lula somàtica que normalment no es pot dividir, es produeixen mutacions que causen una desregulació dels controls del cicle cel·lular normal i les cèl·lules proliferen de manera incontrolada. Les línies cel·lulars immortalitzades han experimentat mutacions similars, que permeten que un tipus de cèl·lula que normalment no es podria dividir fora de l'organisme, pugui proliferar in vitro. L'origen d'algunes línies de cèl·lules immortals, provenen de càncers naturals, com per exemple les cèl·lules HeLa.
El seu paper i els seus usos Les línies cel·lulars immortalitzades s'utilitzen molt en recerca com a model d'estudi dels sistemes biològics, molt més complexos. El principal avantatge d'utilitzar una línia cel·lular immortal per a recerca, és precisament la seva immortalitat; les cèl·lules es poden mantenir durant molt de temps en cultiu. Això simplifica en gran manera la recerca, ja que de manera natural les cèl·lules tenen una vida útil en cultiu tant curta que en limita el seu estudi.
Les línies cel·lulars immortalitzades també es poden clonar i originar una població clonal que, al seu torn, es pot propagar indefinidament. Això permet que una anàlisi es repeteixi moltes vegades sobre cèl·lules idèntiques genèticament, cosa que és desitjable per a experiments científics repetibles. Les línies cel·lulars immortalitzades s'usen molt en biotecnologia, on són una forma rendible de produir, in vitro, cèl·lules similars a les que es troben en un organisme pluricel·lular. Les cèl·lules s'utilitzen per a una gran varietat de finalitats, des de provar la toxicitat de compostos o fàrmacs, fins a la producció de proteïnes eucariotes, com una factoria de síntesi proteica.
Inconvenients Les línies cel·lulars són cèl·lules modificades genèticament; això pot alterar el seu fenotip, les funcions natives i la seva resposta als estímuls. El subcultiu durant un període prolongat sol causar també una variació genotípica i fenotípica, i la deriva genètica també pot causar heterogeneïtat en aquests cultius. Per tant, les línies cel·lulars poden no representar fidelment ni les cèl·lules naturals dins del teixit original ni les cèl·lules primàries obtingudes directament a partir d'aquest teixit sa, i poden proporcionar resultats artefactuals o almenys diferents als esperats fisiològicament.
Assumint aquestes limitacions, els problemes principals associats a les línies cel·lulars són la contaminació amb altres línies cel·lulars i la contaminació per micoplasma. Walter Nelson-Rees, a principis de la dècada de 1970, va posar de relleu el problema de la contaminació creuada de línies cel·lulars, inter- i intra-especie. Va demostrar que, en aquell moment, la majoria de les línies cel·lulars que s'utilitzaven a tot el món, incloses les distribuïdes pels bancs cel·lulars, estaven contaminades amb cèl·lules HeLa. Es calcula que actualment, entre el 18 i el 36 per cent de les línies cel·lulars poden estar contaminades o identificades erròniament. N'és un exemple la línia cel·lular U87MG la qual, tot i essent una línia de glioma humana, no té res a veure actualment amb la línia original generada a la universitat d'Uppsala, ni el sexe. A aquest fet cal sumar els problemes associats al subcultiu excessiu de la línia cel·lular. L'ús de línies cel·lulars no autentificades o excessivament subcultivades pot tenir un cost elevat en termes econòmics, però sobretot en termes científics.
Contaminació per altres cèl·lules La contaminació de les línies cel·lulars per altres línies ha estat reconeguda i documentada des de la dècada de 1950. Moltes línies cel·lulars que s'utilitzen àmpliament per a la investigació biomèdica han estat contaminades per altres cèl·lules més agressives que han anat substituint el cultiu original. Per exemple, suposades línies de tiroides s'ha vist que en realitat eren cèl·lules de melanoma o suposats teixits de pròstata eren en realitat de càncer de bufeta.
Cada cop hi ha més proves de la contaminació creuada de línies cel·lulars. La identificació errònia i l'ús de cultius amb passis elevats té un impacte elevat en la generació de resultats erronis i enganyosos, així com en el malbaratament dels fons per a la recerca. Donat que no hi ha una legislació o normativa referent als cultius cel·lulars, que marqui les directrius a seguir, ni tan sols uns requeriments a l'hora de publicar resultats científics, és responsabilitat de la comunitat científica assegurar la integritat dels cultius cel·lulars utilitzats en recerca.
Canvis des d'un origen no-immortal Si bé les línies cel·lulars immortalitzades sovint s'originen a partir d'un tipus de teixit conegut, aquests han patit mutacions importants per convertir-se en immortals. Aquestes mutacions poden alterar la biologia de la cèl·lula i cal tenir-ho en compte en qualsevol estudi on s'emprin.
Les línies cel·lulars també poden canviar genèticament al llarg del seu subcultiu, en els diversos passis, donant lloc a diferències fenotípiques i resultats experimentals que poden ser diferents segons quan i amb quina soca s'hagi realitzat l'experiment. Com a resultat de pressions selectives i deriva genètica, les línies cel·lulars que es mantenen en cultiu massa temps presenten funcions clau reduïdes o alterades i sovint ja no representen models fiables del material font original.
Mètodes d'obtenció Hi ha diversos mètodes per a generar línies cel·lulars immortalitzades:
Aïllament d'un càncer natural. Aquest és el mètode original per generar una línia cel·lular immortalitzada. Entre els exemples principals es troben les cèl·lules humanes HeLa obtingudes a partir d'un càncer de coll uterí. Transformació espontània en cultiu. És el cas de les cèl·lules HaCaT, una línia cel·lular que originada per transformació espontània de queratinocits adults humans cultivats in vitro. Una transformació associada a alteracions cromosòmiques seqüencials, no lligades a defectes majors de diferenciació. Introducció d'un gen víric que desregula parcialment el cicle cel·lular (per exemple, el gen adenovirus tipus 5 E1 es va utilitzar per immortalitzar la línia cel·lular HEK 293; el virus d'Epstein-Barr pot immortalitzar els limfòcits B per infecció). Expressió artificial de proteïnes clau necessàries per a la immortalitat cel·lular, com per exemple la telomerasa, que impedeix la degradació dels extrems del cromosoma durant la replicació de l'ADN en els eucariotes. Tecnologia d'hibridoma, utilitzada específicament per a la generació de línies immortalitzades de cèl·lules B productores d'anticossos, on una cèl·lula B productora d'anticossos es fusiona amb una cèl·lula de mieloma (càncer de cèl·lula B) per a generar la línia estable de cèl·lules B.
Exemples Hi ha un gran nombre de línies cel·lulars, cadascuna amb propietats i finalitats diferents. En general, es classifiquen pel tipus de cèl·lula de la qual provenen o amb la qual són més semblants biològicament. Vegeu-ne alguns exemples:
Cèl·lules 3T3: línia cel·lular de fibroblast de ratolí derivada d'un teixit d'embrió de ratolí cultivat amb una mutació espontània. La línia es va establir el 1962 al departament de Patologia de la Universitat de Nova York. Cèl·lules A549: línia cel·lular humana derivada de càncer de pulmó explantat a un pacient caucàsic de 58 anys. Les cèl·lules es van generar el 1972 mitjançant l'extracció i cultiu de teixit pulmonar cancerós d'aquest pacient. Cèl·lules Caco-2: línia cel·lular heterogènia d'adenocarcinoma colorectal epitelial humà, desenvolupada per l'Institut Sloan-Kettering per a la recerca del càncer mitjançant investigacions realitzades pel doctor Jorgen Fogh. Cèl·lules CHO: línia cel·lular derivada d'ovari de hàmster xinès obtinguda el 1957 a la Universitat de Colorado, molt emprades en la producció industrial de proteïnes recombinants per a ús terapèutic.