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Para abordar el estudio de las células debo determinar QUE QUIERO ESTUDIAR; luego se debe determinar DÓNDE SE QUIERE ESTUDIAR; a su vez → lo que se desea estudiar → ¿se desea estudiar en la célula entera o en compartimentos aislados (esto se conoce como sistema libre de células)?. Una vez sabido todo esto → se debe elegir que metodología se va utilizar → TÉCNICAS QUE PERMITEN EL ESTUDIO DE LAS CÉLULAS → por ejemplo, si yo quisiese estudiar la ultra estructura de la célula → podría elegir la microscopía. SISTEMA BIOLÓGICO DE ESTUDIO → es el sistema del cual yo quiero estudiar alguna característica celular. El sistema biológico de estudio puede ser: Cultivo celular 4° T E O R I C O SISTEMAS BIOLÓGICOS DE ESTUDIO IN VIVO IN VITRO La muestra se obtiene directamente del individuo. Todos los experimentos que se realizan fuera del organismo. Cuando la muestra se obtiene de un ser vivo se denomina BIOPSIA. Si el animal de experimentación fue sacrificado y se obtienen sus órganos o si se obtiene una muestra de una persona ya fallecida → se denomina NECROPSIA. En el caso de que la muestra sea un órgano entero → ÓRGANO O TEJIDO AISLADO. Si por ejemplo, de un riñón extraído de una rata, se extraen los túbulos colectores para su estudio → SON ESTRUCTURAS AISLADAS. A partir de una estructura aislada se podrían separar las células que la constituyen → se tendrían CÉLULAS AISLADAS. Si se requiere de una gran cantidad de células para el estudio, más que las que obtuve a partir del órgano → se puede realizar un CULTIVO CELULAR → para obtener CÉLULAS EN CULTIVO. Libre de células Aquel que está compuesto por los compartimentos aislados. Estos compartimentos aislados se pueden obtener a partir de un procedimiento denominado FRACCIONAMIENTO CELULAR. Las células que se mantienen por mucho tiempo y en gran cantidad se mantienen gracias a TÉCNICAS DE CULTIVO CELULAR. CULTIVO CELULAR → es un conjunto de técnicas que permiten el crecimiento y el mantenimiento de las células fuera de un organismo, es decir “in vitro”, preservando sus propiedades fisiológicas, bioquímicas y genéticas. Estos cultivos pueden realizarse obteniendo la muestra a partir de un animal de experimentación, de un humano o también se puede cultivar líneas celulares. Obtención de células para la realización de un cultivo celular Para realizar el aislamiento de células de un tejido → se debe tener en cuenta que tipo de tejido se tiene. AISLAMIENTO DE CÉLULAS DEL TEJIDO Consistencia líquida Consistencia sólida Se puede tener un tejido cuya consistencia sea líquida → por ejemplo la sangre o la médula ósea. MANERAS DE SEPARAR CÉLULAS DE UN TEJIDO LÍQUIDO: Centrifugación en gradiente Afinidad e imanes (DYNABEDS) TUBOS TIPO FALCON → se agrega una sustancia llamada Ficoll-Paque → cuando se centrifuga a esta sustancia, es capaz de formar gradiente. En general se pone en el tubo, arriba de la muestra de Ficoll, la sangre completa y luego se la centrifuga → luego se observa que → la muestra se separó y los glóbulos rojos que están en mayor cantidad y son más pesados van hacia el fondo del tubo; en la mitad del tubo se encuentran los glóbulos blancos; y la parte superior, que no pudo penetrar el gradiente → es el plasma. CON ESTE PROCEDIMIENTO SE PUEDEN SEPARAR DISTINTOS TIPOS DE CÉLULAS. Dentro de la franja de glóbulos blancos hay 5 tipos celulares → si solo quisiese cultivar monocitos → debería separarlos mediante la técnica de afinidad e imanes. ESTA TÉCNICA SE UTILIZA TANTO PARA SEPARAR CÉLULAS COMO PARA SEPARAR MOLÉCULAS O COMPARTIMIENTOS CELULARES. En el PRIMER TUBO → se tiene, por ejemplo, la mezcla de glóbulos blancos obtenida en la centrifugación. Cada célula presenta, en su superficie, proteínas o moléculas que son típicas y únicas de cada tipo celular → a esto se lo denomina ANTÍGENO DE SUPERFICIE. Se agrega al tubo bolitas magnéticas Una vez que se tiene a la célula aislada → se la recoge en un TUBO DE TIPO EPPENDORF → una vez que éste es centrifugado, las células que sedimentaron quedan al fondo (se denomina a esto PELLET); el líquido que queda por encima de las células es denominado SOBRENADANTE → se descarta el sobrenadante y se queda con el pellet → se lo traslada a un recipiente para poder realizar el cultivo celular. Ya sea que se utilice citometría de flujo, afinidad por imanes o centrifugación → todas son maneras de separar distintos tipos celulares de un tejido líquido. AISLAMIENTO DE CÉLULAS DE TEJIDO CON CONSISTENCIA SÓLIDA Citrometría de flujo (FACS) magnéticas → ÉSTAS BOLITAS ESTÁN UNIDAS A UN ANTICUERPO DIRIGIDO CONTRA EL ANTÍGENO DE SUPERFICIE ESPECÍFICO DE LA CÉLULA QUE SE QUIERE SEPARAR, en este caso monocito. ENTONCES → se agrega la bolita con el anticuerpo específico → una vez que la bolita con su anticuerpo entra en contacto con las células → el anticuerpo reconocerá con alta especificidad por complementariedad molecular al antígeno de superficie. De esta manera, siguiendo con el ejemplo → todos los monocitos quedarán unidos al anticuerpo que a su vez tiene unida la bolita magnética. AL FINAL DEL PROCEDIMIENTO → se aplica un imán potente sobre la superficie del tubo y donde esté éste quedaran adheridas todas las células que hayan sido unidas por las partículas magnéticas con el anticuerpo. En la solución quedarán aquellas células que no contenían el antígeno. DYNABEDS ES UNA MARCA DE BOLITAS MAGNÉTICAS. Otra manera en que se podrían separar monocitos de la solución de glóbulos blancos → sería utilizando la citometría de flujo → ES LA SEPARACIÓN DE CÉLULAS ASISTIDAS POR FLUORESCENCIA. En ese caso → hay que marcar al linfocito con el anticuerpo, que en este caso será fluorescente. En la mezcla de linfocitos y monocitos se tendrá a los monocitos que no estén marcados (azules) y los que sí lo estén (verdes) → la mezcla de estos será introducida en un aparato llamado CITRÓMETRO DE FLUJO → atravesaran láseres que podrán detectar la emisión fluorescente y permitirán la separación a través de la marcación de la célula con fluorescencia → el pasaje a través de los láseres produce la separación de aquellas células que poseen fluorescencia de aquellas que no. LAS CÉLULAS QUE TIENEN EL FLUORESCENTE SON LAS DE INTERÉS. A PARTIR DE UNA BIOPSIA O UNA NECROPSIA → se pueden obtener tejidos, órganos o fluidos → a partir de estos se pueden obtener determinados tipos celulares → a los cuales se les dará condiciones de cultivo → y ese cultivo que se propagara dentro del material de cultivo en condiciones adecuadas → se denominará CULTIVO PRIMARIO ya que las células que se están cultivando fueron obtenidas en forma directa del organismo vivo (o un organismo recientemente fallecido) que se busca estudiar. VELOCIDAD DE CRECIMIENTO DE CULTIVO → número de divisiones que llevan a cabo las células por unidad de tiempo. Representado en función de las generaciones celulares. CUANDO SE PONEN CÉLULAS OBTENIDAS A PARTIR DE UN ORGANISMO, O SEA, UN CULTIVO PRIMARIO → en las primeras generaciones, la velocidad de división es muy elevada → el número de divisiones de esas células por unidad de tiempo es muy alta → FASE I. Llega un momento, a una determinada generación, donde la velocidad de división disminuye y se mantiene constante a lo largo de un gran número de generaciones celulares → a este momento se lo denomina FASE II. Luego, las células disminuyen rápidamente la capacidad de rapidez de división → FASE III → a este proceso por el cual la velocidad de división disminuye se lo denomina SENESCENCIA REPLICATIVA. Senescencia replicativa es un proceso en el cual la velocidad dedivisión de la célula disminuye → ojo, NO SIGNIFICA QUE LA CÉLULA SE MUERA → SINO QUE TIENE BAJA CAPACIDAD DE DIVISIÓN; los órganos, en edad adulta, están casi todos en senescencia replicativa. La senescencia replicativa es un FENÓMENO QUE SE OBSERVA TANTO IN VIVO COMO IN VITRO → se inicia cuando las células alcanzan el LÍMITE DE HAYFLICK → es el número de duplicaciones que puede sufrir la célula antes de alcanzar la senescencia → 50 divisiones o generaciones. En este proceso → LA CÉLULA QUEDA PERMANENTEMENTE DETENIDA EN LA FASE DEL CICLO CELULAR G0/G1 → no responderán a los mitógenos → son sustancias que estimulan la división celular. La célula no podrá ingresar a la fase S para la duplicación del ADN y por lo tanto no se puede dividir. La senescencia se asocia al acortamiento de los telómeros. REPRESENTACIÓN DE UN CROMOSOMA DUPLICADO → ya pasó la fase S del ciclo celular. Hay partes del cromosoma que están formadas por ADN altamente repetitivo → el CENTRÓMERO y los TELÓMEROS → éstos últimos son las secuencias d AND que se encuentran en los extremos del cromosoma. Una de las funciones de los telómeros es “cerrar” el cromosoma → tener en el extremo, donde termina la secuencia de genes, una secuencia de ADN altamente repetitivita no codificable → protege la estabilidad del cromosoma. EN CADA DIVISIÓN → la longitud de los telómeros se acorta → esto debido al mecanismo de acción de la ADN-POLIMERASA habrá una cadena que quede sin su hebra complementaria → para solucionar y evitar que se acorten los telómeros existe la enzima TELOMERASA → ésta es una transcriptasa reversa que utiliza un molde de ARN y → luego de la duplicación del cromosoma, aquellos extremos que hayan quedado más cortos serán reparados por la telomerasa → de manera que si el ADN es reparado y su longitud no se acorta, la célula puede seguir dividiéndose ya que sus cromosomas pueden seguir duplicándose y manteniendo la información genética. SIN EMBARGO → la actividad de la telomerasa es muy alta en las personas jóvenes; pero a medida que avanza la edad → la actividad de la telomerasa disminuye → y por ello, disminuye la longitud del telómero → ya que no puede ser reparado → entonces, en cada división celular se acortan. Para poder proteger el ADN que se encuentra en cada cromosoma → AL DISMINUIR LA ACTIVIDAD DE LA TELOMERASA, LA CÉLULA ENTRA EN UN ESTADO SENESCENTE → DEJA DE DIVIDIRSE. POR OTRO LADO → al dejar de dividirse, las células quedarán detenidas en la transición G0/G1 del ciclo celular. CICLO CELULAR → la célula pasa la mayor parte de su vida en interfase (período del ciclo donde la célula no se divide, no entra en mitosis) → la célula cuando no se divide está en la transición G0/G1. CUANDO LA CÉLULA RECIBE EL ESTÍMULO ADECUADO → comienza la duplicación del ADN en la fase S; terminando la fase S se tiene al cromosoma duplicado → cromosoma con dos cromátides. L LA FASE DE LA MITOSIS ES LA FASE M → acá se dividen los núcleos celulares y cada núcleo celular recibe una cromátide hermana de los cromosomas que se duplicaron. CUANDO LA CÉLULA QUEDA EN FASE G0/G1 → los cromosomas quedan allí en la célula; y las células no se vuelven a dividir. Para que las células pudieran dividirse deberían ser responsivas a señales desde el extracelular, a los MITÓGENOS → que serán SUSTANCIAS CAPACES DE ACTIVAR EL CICLO CELULAR. Los mitógenos activarán el ciclo celular a través de vías de señalización que van a provenir desde el exterior celular y llegaran hasta el núcleo celular activando una serie de mecanismos que permitirán a la célula que pase de la fase G0 a la fase G1 → y entre nuevamente en el ciclo celular. QUE LAS CÉLULAS PIERDAN LA SENESCENCIA Y READQUIERAN LA CAPACIDAD DE DIVISIÓN → se las denomina líneas celulares. Las líneas celulares pueden ser consecuencia de una transformación espontánea; también puede ser que la transformación no sea espontánea. Las células que se obtienen espontáneamente o por manipulación → no son tumorales → son una línea → lo que se hace es favorecer la división y hacer que no entren en senescencia replicativa. Otras células que también son líneas y que también se puede trabajar en ellas son células de trasnformación oncogénica → tienen su ADN mutado pero se muto dentro del organismo del cual se obtuvo. La mayor parte de las líneas celulares son líneas celulares de tejido epitelial o mesenquimal o embrionario. En general → las líneas celulares se compran. Requerimientos para que las células puedan crecer en cultivo Para que las células puedan crecer en cultivo se tiene 3 tipos de requerimientos necesarios. REQUERIMIENTOS PROPIOS DE LA CÉLULA MEDIO NUTRICIO → Se necesita un MEDIO DE CULTIVO → éste ofrece aminoácidos, glucosa, vitaminas y sales a la célula. El medio de cultivo va a estar a un pH fisiológico adecuado (entre 7.2 y 7.4) y estará preparado con un agua especial. El medio de cultivo, habitualmente tiene color rojo, debido al indicador de pH → éste vira cuando la célula proliferó mucho en el cultivo, este metabólicamente muy activa y haya liberado al medio de incubación → CO2 → el CO2 hará que el medio vire del rojo al amarillo → esto es un indicador de que debe cambiarse el medio ya que se le están acabando los nutrientes; además → puede indicar que el crecimiento del cultivo en cuanto a la proliferación de las células ha sido muy alto y se debe hacer un subcultivo. Para que la célula pueda construir estructura y pueda obtener ATP → se necesita aminoácidos y glucosa. Al medio de cultivo → debe agregarse, además, SUERO FETAL BOBINO → no confundirse, éste no es el medio de cultivo, sino que se agrega como un componente del medio de cultivo. SE NECESITA AGREGÁRSELO AL MEDIO DEBIDO A DOS FACTORES: o porque en el medio de cultivo tengo factores de crecimiento (mitógenos) que estimularan para permitir el pasaje de G0/G1 a la fase S. EL SUERO ES FETAL → lo estoy obteniendo de un organismo que tiene alta cantidad de factores de crecimiento para que las células puedan recibir el estímulo adecuado y proliferar. o Además, el suero fetal bobino → TIENE ÁCIDOS GRASOS → son fundamentales, sin ellos → las células no pueden construir membranas → y sin membranas no pueden dividirse. Los ácidos grasos provienen de las lipoproteínas plasmáticas. ENTONCES → SI NO SE LE APORTA SUERO FETAL BOBINO AL MEDIO DE CULTIVO → NO SE TENDRÍA FACTORES DE CRECIMIENTO NI ÁCIDOS GRASOS → O SEA, NO TENDRÍA APORTES PARA LA CONSTRUCCIÓN DE MEMBRANAS, NI MITÓGENOS. Otro factor importante → es el AGREGADO DE ANTIBIÓTICO → debido al proceso de manipulación → pueden ingresar bacterias u hongos al cultivo que lo contaminen. SUPERFICIE DE CULTIVO → hay dos tipos de cultivos celulares o unos que crecen adheridos a un soporte, es decir → CRECEN EN MONOCAPA → en general son las células que provienen de los tejidos sólidos. o Otros CRECEN EN SUSPENSIÓN → nunca se adherirán al soporte porque en su fuente original tampoco estaban adheridas. Un ejemplo son las células de la sangre. AQUELLAS CÉLULAS QUE CRECEN EN MONOCAPA → necesitan, para poder crecer → tener mitógenos (que vienen en el suero que se agrega al medio de cultivo); necesitan estar en una densidad adecuada y necesitan generar lámina basal → para que las células generen matriz extracelular se han generado superficies sólidas que pueden ser de vidrio o de plástico, en las cuales → ese vidrio o ese plástico estará recubierto por una densidad de cargas o por alguna sustancia inductora de cargas → éstas sustancias con alta densidad de cargas, INDUCIRÁN QUE LA CÉLULA SINTETICE MATRIZ EXTRACELULAR Y FAVORECERÁN QUE LA CÉLULA SE ADHIERA AL SOPORTE → una vez que la célula se adhirió al soporte, la célula tratara de emitir prolongaciones (filopodios) para tratar de establecer contacto con células vecinas → en ese momentoSE ACTIVA LA DIVISIÓN DE LAS CÉLULAS EN CULTIVO → FAVORECIDA POR LOS MITÓGENOS QUE SE ENCUENTRAN EN EL MEDIO DE CULTIVO. ESTOS MATERIALES DEBEN ESTAR ESTÉRILES → para ello, el material viene esterilizado y separado en bolsas. Cuando las células crecen en suspensión → también se las cultiva en el mismo tipo de plástico o vidrio → con la diferencia de que debe ser plástico o vidrio que no haya sido tratado para células que crecen en monocapa → es un plástico sin tratar → no necesito una superficie que induzca la generación de matriz extracelular. También, en el caso de células que crecen en suspensión → se pueden usar tubos para cultivo, como los tubos de tipo falcon. Si se desea obtener GRANDES CANTIDADES DE CÉLULAS → lo hago en botellas → ya que tienen una gran superficie. CUANDO LAS CÉLULAS CRECEN EN MONOCAPA Y SE AGREGA LAS CÉLULAS AL RECIPIENTE DE CULTIVO → lo primero que hacen las células es adherirse a la superficie de cultivo gracias a que ellas comienzan a fabricar matriz extracelular inducida por el recubrimiento que tiene el soporte de cultivo. Al comienzo → se observaría como en el recuadro 10% → hay una muy baja densidad de células; CON EL PASO DEL TIEMPO → LAS CÉLULAS COMIENZAN A DIVIDIRSE Y LA DENSIDAD DE CÉLULAS AUMENTA → se va viendo en los cuadros. Las distintas densidades que alcanza el cultivo mientras crece → se los denomina distintos grados de confluencia. ENTONCES → las distintas densidades nos dan una idea del crecimiento de cultivo → y se habla de grado o PORCENTAJE DE CONFLUENCIA → el cual da una idea de la densidad de cultivo. CULTIVO CONFLUENTE → es aquel cultivo que alcanzo entre el 80% y el 100% de confluencia → ocupó prácticamente toda la superficie de la placa de cultivo. Cuando el cultivo alcanzó entre el 80% y el 100% de confluencia → se dice que el cultivo llegó a confluencia total o que el cultivo esta confluente. EN GENERAL → cuando el cultivo está confluente, la velocidad del cultivo disminuye ya que se activa la inhibición de la división celular al establecerse múltiples contactos entre las células. CUANDO EL CULTIVO LLEGA A CONFLUENCIA TOTAL → SE DEBE HACER UN SUBCULTIVO. Los TRANSWELLS es una multicaja de petri; posee unos conos que tienen una superficie que es un filtro poroso en donde se siembra la célula. El Transwells permite cultivar células con condiciones determinadas → PERMITE GENERAR UN AMBIENTE MUY SIMILAR AL QUE LA CÉLULA TIENE EN SU ÓRGANO DE ORIGEN. Además → EL TRANSWELLS SIRVE PARA ESTUDIAR LA CAPACIDAD DE MIGRACIÓN CELULAR. Cultivo que se divide hasta ocupar toda la superficie → se tiene un CULTIVO BIDIMENSIONAL → están a lo largo y a lo ancho del recipiente. Hoy ya hay tecnología que genera que los cultivos tengan, también, volumen → CULTIVOS TRIDIMENSIONALES → tienen un aspecto parecido a lo que se esperaría encontrar en el organismo. En general, para cultivos tridimensionales → se usa una TÉCNICA PARTICULAR → a las células se las crece EN GOTA. IMAGEN IZQUIERDA → caja de Petri llena de puntitos de medios de cultivo → éstos son gotas. Lo que se hace en este tipo de cultivos → es en cada gota sembrar una cantidad mínima (pero adecuada) de células → éstas gotas nunca se adherirán al soporte → ya que la caja con las gotas se apoyara de manera invertida. IMAGEN DERECHA → las células están en la gota → pero al no poder estar en contacto con la superficie de cultivo, las células no se pegan a la superficie de cultivo → comienzan a aglutinarse entre ellas y empiezan a establecer interacciones entre ellas → de manera tal que el CULTIVO CREZCA EN FORMA DE ESFERA. ESTE TIPO DE CULTIVOS TRIDIMENSIONALES SE LO DENOMINA CULTIVO DE ESFEROIDES. CULTIVO DE ORGANOIDES → son cultivos 3D → pero ya no son de un solo tipo celular, tendrán diversos tipos celulares. CUANDO SE GENERA EL CULTIVO 3D SE OBTIENE ALGO SIMILAR A UN ÓRGANO. Requerimientos de asepsia/EQUIPAMIENTO Asepsia es el conjunto de procedimientos que impiden la presencia de bacterias, hongos y virus en el ambiente u objetos. Se debe trabajar en condiciones de asepsia para estar en condiciones de esterilidad. EN GENERAL → las condiciones de asepsia y el equipamiento se encuentran relacionadas. SE DEBE TRABAJAR EN CABINAS DE SEGURIDAD BIOLÓGICA (comúnmente conocidas como flujos laminares) → las cabinas tienen una serie de filtros que filtran el aire que ingresa ellas→ de manera que el ambiente que se encuentra dentro de la cabina esté en condiciones de asepsia. Todos los elementos que ingresen a la cabina deben estar esterilizados para asegurar que se encuentren libres de microorganismos → todo lo que ingresa a la cabina se rocía con alcohol 70%. Existen distintos tipos de cabinas de seguridad biológica: DE TIPO 1 → son las que se usan cuando se manipula material, el cual es poco probable que cause enfermedades. Se utilizan para extraer ARN o filtración de medios. DE TIPO 2 → son aquellas que se utilizan cuando el material manipulado puede generar enfermedades. Se suelen utilizar para trabajar con células tumorales humanas. DE TIPO 3 → son aquellas que se utilizan cuando se manipulan agentes biológicos que pueden llegar a propagarse tanto al operador como a la población. Por ejemplo → todos los trabajos del COVID fueron realizados en cabinas de tipo 2 y 3. ADEMÁS DE TRABAJAR EN UNA CABINA DE SEGURIDAD SE NECESITAN: MEDIOS DE CULTIVO Y SOLUCIONES DE TRABAJO → se los puede esterilizar haciéndolos pasar por filtros que tengan un tamaño de poro de 0,22 micrones → este es el tamaño de poros que retienen a los microorganismos como bacterias y hongos. Esta operación debe hacerse dentro de la cabina de bioseguridad. MATERIAL DE LABORATORIO Y DE CIRUGÍA → esterilizados por calor seco, en una estufa de esterilización; o en una autoclave que es una olla a presión; y otra forma de esterilizar material es a través de la radiación gamma → mediante esta generalmente se esteriliza los plásticos para cultivo. OPERADOR Y AMBIENTE OTROS EQUIPAMIENTOS QUE SE REQUIEREN ADEMÁS DE LA CABINA DE BIOSEGURIDAD SON: ESTUFA DE CULTIVO → una vez obtenidas las células y puestas en el recipiente con el medio adecuado → se les debe dar condiciones de cultivo para que proliferen → las estufas de cultivo mantienen una temperatura de 37°C, tienen una atmosfera que balancea el oxígeno y el CO2 en el aire que ingresa y mantiene una determinada humedad en el ambiente. MICROSCOPIO INVERTIDO → el revolver está en la parte inferior del microscopio → de manera tal que el objetivo mirará desde abajo a las células pegadas en el recipiente sobre la platina. TANQUES DE NITRÓGENO → se los necesita para almacenar las células de cultivo. El congelamiento de las células es secuencial → se las pone en un dispositivo y la temperatura va bajando un grado cada determinado período de tiempo → cuando se alcanzan los -130°C las células son llevadas al tanque de nitrógeno. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL CULTIVO CELULAR Ventajas Obtención de grandes cantidades de células. Obtención de poblaciones genéticamente homogéneas (clones). Se puede realizar la manipulación genética. Se puede estudiar la capacidad de diferenciación. Se puede dar a los cultivos condiciones experimentales controladas. Se puede criopreservar un cultivo. Desventajas Por más que se pueden obtener poblaciones genéticamente homogéneas → en algún momento y a lo largo de los pasajes → puede haber una inestabilidad genética lo que puede llevar a una variación del genoma. No están en las mismas condiciones que en el organismo → tienen perdida de la relación de la célula con la matriz extracelular y perdida de la relación de las células con sus células vecinas y con los factores humorales endócrinos provistos por el organismo. Las células pueden sufrir desdiferenciaciones o transdiferenciaciones.El fraccionamiento celular es un CONJUNTO DE TÉCNICAS QUE PERMITE TENER FRACCIONES ENRIQUECIDAS O PURAS DE COMPARTIMIENTOS CELULARES. La separación se lleva a cabo a partir de ciertos protocolos que utilizan como método separativo, fundamentalmente → a la centrifugación. Hoy en día → a través de los dynabeds se separan vesículas celulares. EL FRACCIONAMIENTO CELULAR CONSTA DE DOS PASOS: Fraccionamiento celular Homogeneización Separación Es la disrupción o ruptura de las membranas celulares de manera tal que la célula libera todo su contenido a un medio de homogeneización. Si se trabaja con CÉLULAS AISLADAS → el proceso se denomina LISADO. Si se trabaja con TEJIDO U ÓRGANOS → el proceso se denomina HOMOGENADO. Existen varios métodos para obtener o un lisado o un homogenado: 1. Shock hipotónico. 2. Sonicación. 3. Congelación-descongelación. 4. Homogenizador mecánico. Una vez que se tienen todas las organelas en suspensión → la separación de las mismas se puede llevar a cabo por: CENTRIFUGACIÓN a. Sacarosa isotónica b. Gradiente. AFINIDAD → a través de los imanes (Dynabeds). La centrifugación, fundamentalmente, es una técnica de separación → permite SEPARAR O AISLAR PARTÍCULAS QUE ESTÁN SUSPENDIDAS EN UN LÍQUIDO de manera tal que → luego del proceso obtengo un sedimento o pellet y un sobrenadante. AL APLICAR LA FUERZA CENTRÍFUGA → AUMENTA UN DETERMINADO NÚMERO DE VECES LA FUERZA DE GRAVEDAD → PARA AYUDAR A QUE LAS PARTÍCULAS SEDIMENTEN MÁS RÁPIDO. La “g” indica el aumento de la fuerza de la gravedad → si centrifugue algo 600 G → quiere decir que aumento 600 veces la fuerza de la gravedad. Las revoluciones dependen del tipo de centrifuga del rotor. Una vez sometida la muestra a la centrifugación → quedan dos partes en el tubo: El SEDIMENTO O PELLET → es la parte donde sedimentaron las partículas. El líquido que queda por encima del pellet → SOBRENADANTE. CENTRIFUGA TÍPICA → el rotor es un recipiente donde se introducen los tubos cerrados (generalmente); rotor de ángulo fijo → el tubo solo se puede poner en una posición → inclinada con respecto del eje del rotor. Mediante esta técnica se puede centrifugar una muestra de sangre → la sangre, cuando se centrifuga en determinadas condiciones se separa en 3 fracciones: FRACCIÓN INFERIOR → constituida por los glóbulos rojos → es el PELLET. FRACCIÓN MEDIA → constituida por los glóbulos blancos. FRACCIÓN SUPERIOR → constituida por el líquido en donde estaban suspendidas las células, o sea, el plasma → SOBRENADANTE. Para obtener un hematocrito → se necesita sangre anti coagulada. Dentro de los tubos → para obtener compartimientos aislados → no se puede partir de células enteras o de tejidos. Antes de someter a la muestra a una centrifugación se debe obtener los compartimentos separados → para esto se utilizan los PROCESOS DE HOMOGENEIZACIÓN. Homogeneización Es la disrupción o ruptura de las membranas celulares → esto permite que el contenido celular salga al medio de homogeneización. Hay diferentes maneras de lograr esto: Shock o lisis hipotónica Si las células se someten a una solución cuya concentración en solutos es menor a la concentración de solutos intracelular → se favorece que el líquido de la solución fluya desde el exterior hacia el interior → célula expandirá su volumen de manera tal que si la solución está adecuadamente preparada → SE PRODUCE LA LISIS CELULAR → se rompen sus membranas y libera su contenido al medio de homogeneización. sonicación Se utiliza un aparato llamado sonicador → emite ondas de ultrasonido de alta frecuenta → estas producen una perturbación del líquido de homogeneización → de manera tal que generan muchas burbujas → tanto fuera como dentro de la célula → estas burbujas terminan generando disrupciones en la membrana celular. Si la frecuencia de ultrasonido es muy elevada, podría alterar también las proteínas que se desea estudiar. Este método de lisis suele usarse en células aisladas → y se somete a las células a soluciones que tienen una concentración de cloruro de sodio inferior a 130mM o una Osmolaridad < 280. Este método suele usarse en células aisladas. Congelación - descongelación Cuando el agua se congela se expande → produciendo alteraciones en la membrana plasmática. Cuando el tejido se descongela → la célula está dañada y libera su contenido. Homogeneizador mecánico Método usado por excelencia → torga un buen homogenado y una alta eficiencia de homogeneización. SE REQUIERE DE CIERTO EQUIPAMIENTO PARA HACER UN HOMOGENADO CELULAR. VASO DE TIPO POTER → en el cual debe entrar un VÁSTAGO cuya punta es de teflón → encastra perfectamente en el vaso dejando menos de un milímetro entre el teflón y el vidrio. La parte de metal del vástago se introduce en una cabeza de taladro → gira el vástago del homogeneizador → se debe subir y bajar el vaso que contiene la mezcla de homogeneización que contiene el tejido que se desea homogeneizar → luego de este proceso → el tejido se transformó en un homogenado. La homogenización se realiza en una solución de homogenización → ésta contiene sacarosa 0,25M → la cual es isotónica. Esta sacarosa se prepara en un buffer tris-clorhídrico, 25mM; debe prepararse a un pH de 7,4 a 4°C → ya que el pH del tris-clorhídrico varía con la temperatura. Además → la solución, generalmente, tiene un quelante de calcio y magnesio. Otra cosa que se debe tener además de la solución de homogeneización es hielo → ya que todo el procedimiento debe hacerse a baja temperatura. Células o tejido en suspensión → se aplica el vástago con cabeza de teflón para disrumpir la membrana celular → obteniendo un homogenado que contiene todas las organelas celulares. Luego → a este homogenado se lo lleva a la centrífuga → la centrifugación es un proceso que permite separar cosas que están en suspensión → éstas, ante la fuerza de la gravedad, descienden formando el pellet. SE HACE UNA CENTRIFUGACIÓN → en donde SE AUMENTA SECUENCIALMENTE LAS VELOCIDADES DE CENTRIFUGACIÓN → HASTA QUE EN EL SOBRENADANTE YA NO QUEDEN COMPARTIMENTOS CELULARES EN SUSPENSIÓN → a esto se lo denomina → CENTRIFUGACIÓN DIFERENCIAL → ésta es secuencial y se la realiza en sacarosa isotónica → permite obtener fracciones enriquecidas en algún compartimiento → SON FRACCIONES IMPURAS. Centrifugación en sacarosa isotónica DIAGRAMA DE FLUJO → se lo aplica cuando se está obteniendo fracciones celulares. LO PRIMERO QUE SE HACE ES EL HOMOGENADO CELULAR → luego se centrifuga el tubo con el homogenado celular (a baja cantidad de g) → lo cual permite separar lo más pesado; en el sobrenadante quedarán cosas más livianas que no lograron sedimentar a esa velocidad; y en el pellet quedarán núcleos, células enteras que no se rompieron durante la homogeneización, citoesqueleto y grandes extensiones de membrana plasmática. LUEGO → al sobrenadante se lo expone nuevamente al proceso de centrifugación → esta vez se aplican más velocidades de g → se obtiene un pellet compuesto de mitocondrias, lisosomas y peroxisomas (y algún contaminante que puede haber quedado de la fracción nuclear). A ESTE PELLET SE LO SUELE DENOMINAR FRACCION MITOCONDRIAL. A ESTE PELLET SE LO VUELVE A CENTRIFUGAR → nuevamente a una mayor velocidad de g → se obtienen vesículas de membrana plasmática, vesículas de retículo endoplasmático y aparato de Golgi, vesículas de transporte → todo esto constituye la FRACCIÓN MICROSOMAL y a este pellet se lo denomina MICROSOMAS. LOS MICROSOMAS NO SON UN COMPARTIMIENTO, SINO UN SEDIMENTO FORMADOPOR VESICULAS DE DIFERENTES COMPARTIMIENTOS CELULARES QUE SE GENERARON COMO UN ARTEFACTO DE LA TÉCNICA. Las primeras centrifugaciones se realizan en una centrifuga de ángulo fijo común; la última centrifugación se realiza en una ultracentrífuga → la cual disminuye la temperatura y permite hacer vacío → ya que sin el vacío la fricción levantaría temperatura y arruinaría la muestra. Centrifugación en gradiente Existe otro tipo de rotor → denominado rotor VASCULANTE → con él se pueden hacer centrifugaciones en gradientes de densidad. Se coloca, por ejemplo, sacarosa en un tubo → y esta tendrá diferentes concentraciones a lo largo del tubo. El gradiente puede ser CONTINUO a lo largo de todo el tubo → e ir variando en cantidades pequeñas; o puede ser un GRADIENTE DISCONTINUO PREFORMADO. El homogenado se coloca en una CENTRÍFUGA DE ROTOR VASCULANTE → se centrifuga durante un determinado tiempo, en el cual las partículas más pesadas bajarán una distancia mayor que las partículas más livianas → se dice que se llega a un EQUILIBRIO EN LA VELOCIDAD DE SEDIMENTACIÓN. ESTE TIPO DE CENTRIFUGACIÓN EN GRADIENTE SE DENOMINA “CENTRIFUGACIÓN EN GRADIENTE POR VELOCIDAD DE SEDIMENTACIÓN”. DE ESTA MANERA → SE PUEDEN SEPARAR BANDAS → Y SE PUEDE OBTENER, POR EJEMPLO, UNA BANDA DE MITOCONDRIAS PURAS. CON ESTE TIPO DE CENTRIFUGACIÓN PUEDEN OBTENERSE FRACCIONES PURAS → podría partir de un homogenado o de la fracción mitocondrial cruda → se la coloca en este tipo de gradiente → se lo somete a centrifugación → y separo mitocondrias, lisosomas y peroxisomas → y obtengo 3 fracciones puras. Centrifugación de equilibrio de sedimentación ESTE TIPO DE CENTRIFUGACIÓN NO SE SUELE UTILIZAR PARA COMPARTIMIENTOS → SINO PARA MOLÉCULAS → las moléculas se separan en base a su densidad → se van a equilibrar con la densidad que encuentren en el tubo. Este tipo de gradientes se autoforman en la centrífuga. Por ejemplo → cloruro de cesio → es un gradiente que suele usarse para la separación de moléculas de ADN → en la medida que se lo centrifuga → éste forma un gradiente que tendrá distintas densidades a lo largo del tubo → y las moléculas de ADN se van a ubicar, de acuerdo a su tamaño y a su densidad → en una u otra parte del tubo. Separación por afinidad (Dynabeds) Se pueden separar VESÍCULAS Y OTROS COMPARTIMIENTOS LIVIANOS de los homogenados celulares mediante el uso de Dynabeds. En el tubo → hay exosomas → son vesículas formadas dentro de la célula y luego liberados al extracelular. Las vesículas van a tener proteínas transmembranas caracterísricas. Se debe conjugar o unirle a la bolita magnética, un anticuerpo que reconozca esas proteínas → luego se pone la bolita magnética con el anticuerpo en el líquido que contiene a los exosomas → las bolitas, a través del anticuerpo, van a retener al exosoma → y con un imán podré separar todas las bolitas magnéticas que estarán reteniendo en su superficie a los exosomas → se descarta el líquido y se queda con las vesículas separadas del resto del homogenado. Entonces → para el fraccionamiento celular se debe formar un homogenado, y se debe separar a los distintos componentes del mismo mediante ciertas técnicas que pueden ser la centrifugación (por sacarosa isotónica o gradiente) o mediante afinidad por imanes. Caracterización de la fracción La caracterización de la fracción sirve para saber si obtuvimos lo que estábamos buscando obtener. PARA PODER CARACTERIZAR LA FRACCIÓN SE DEBE ESTUDIAR, EN LA FRACCIÓN OBTENIDA, ALGUNA MOLÉCULA QUE SEA CARACTERÍSTICA DE ELLA. POR EJEMPLO → si yo deseaba obtener una fracción mitocondrial cruda → para saber que realmente esta es la que obtuve → BUSCO ALGUNA MOLÉCULA QUE SEA CARACTERÍSTICA DE LAS MITOCONDRIAS → si esa molécula está presente quiere decir que tengo mitocondrias. TAMBIÉN SE PUEDE BUSCAR LA ACTIVIDAD DE ALGUNA ENZIMA QUE SEA EXCLUSIVA DE LA MITOCONDRIA → por ejemplo, una enzima del ciclo de Krebs.
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