Science et technologie s1464

La culture cellulaire

La culture cellulaire est un procédé qui permet aux cellules de se reproduire en dehors de leur milieu de vie naturel ou de l'organisme dont elles proviennent.

Les applications de la culture cellulaire

Les scientifiques ont mis au point le procédé de culture cellulaire pour cultiver des micro-organismes en dehors de leur milieu d'origine. Plusieurs types de cellules peuvent être cultivés : des micro-organismes unicellulaires (bactéries, levures, etc.) et des cellules provenant d'organismes pluricellulaires (végétaux et animaux). En les cultivant en laboratoire, on peut contrôler leur croissance et obtenir de grandes quantités de micro-organismes ou de substances utiles.

Il existe plusieurs applications à la culture cellulaire, entre autres :

  • permettre aux chercheurs de mieux comprendre le fonctionnement des cellules;
  • permettre de tester des médicaments, des produits de beauté ou encore de vérifier la toxicité de certains produits chimiques et ainsi éviter des tests sur les animaux;
  • permettre la production de certains vaccins dont les virus se développent à l'intérieur des cellules;
  • permettre de produire des tissus tels que de la nouvelle peau pour les grands brûlés.

Les procédés utilisés pour la culture cellulaire

La culture cellulaire se fait en plusieurs étapes. Il faut d'abord obtenir des cellules et les installer dans un milieu de culture approprié afin de reproduire les conditions de vie que connaissait la cellule dans son milieu d'origine.

1. Obtenir des cellules

L'obtention de cellules diffère selon qu'elles proviennent d'êtres vivants unicellulaires ou pluricellulaires. Les cellules provenant d'êtres unicellulaires (levure, bactérie, etc.) sont directement prélevées dans divers milieux et transférées dans un milieu de culture approprié. Par contre, dans le cas d'organismes formés de plusieurs cellules, les spécialistes peuvent utiliser des cellules isolées, par exemple celles du sang. Cependant, ils utiliseront généralement des cellules liées les unes aux autres trouvées dans les différents tissus du corps. Dans ce cas, la première étape de la culture cellulaire sera la séparation de ces cellules.

Échantillonnage de cellules à l'aide d'un écouvillon et transfert sur un milieu de culture

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2. Trouver un support et un milieu de culture appropriés

Selon le type de cellule cultivé, les cellules prélevées doivent être placées dans un milieu de culture qui répond à leurs besoins. Un milieu de culture se définit donc comme un milieu dans lequel on trouve tous les éléments nécessaires à la croissance de cellules mises en culture. La composition des milieux de culture varie, mais ils contiennent, entre autres, de l'eau, des sels minéraux, des acides aminés, du glucose, des gaz, etc. Les milieux de culture peuvent être liquides ou solides. Généralement, on estime qu'un milieu de culture liquide favorise une croissance rapide des micro-organismes alors qu'un milieu solide est pratique pour les recenser et les identifier.

Milieu de culture solide

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Milieu de culture liquide

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3. Reproduire les conditions du milieu de vie d'origine des cellules

La culture cellulaire exige la reconstitution des conditions originales du milieu des cellules. Pour ce faire, on doit contrôler la température, la pression, le taux d'humidité, le pH, la composition en nutriments et en minéraux, etc. du milieu de culture. On peut ainsi favoriser une croissance normale et une reproduction efficace des cellules.

Incubateur permettant de contrôler les conditions environnantes du milieu de culture (température, pression, taux d'humidité, quantité de lumière)

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Le travail en milieu stérile

Toutes les procédures nécessaires à la culture cellulaire nécessitent un travail en milieu stérile, c'est-à-dire un milieu exempt de tout micro-organisme vivant. Pour ce faire, de nombreux traitements existent pour stériliser le matériel utile au travail.

Traitement et description Inconvénient possible
Traitement à la flamme
Le matérial est chauffé au-dessus d'une flamme. Les micro-organismes meurent à cause de la chaleur.
Le matériel peut fondre sous la chaleur de la flamme.
Traitement au four à chaleur sèche
Le matériel est chauffé à l'intérieur d'un four qui tue les micro-organismes.
Le matériel qui ne résiste pas à la chaleur peut casser.
Traitement chimique
Le matériel est trempé dans une solution ou exposé à un gaz, ce qui tue les micro-organismes.
Les substances utilisées sont souvent nocives pour la santé humaine et difficiles à manipuler en toute sécurité.
Traitement à la vapeur d'eau
Ce traitement se fait généralement dans un autoclave, c'est-à-dire un appareil qui possède une chambre hermétique dans laquelle on dépose le matériel à stériliser. La pression élevée et la chaleur font mourir les micro-organismes.
Le matériel qui ne résiste pas à l'humidité ne peut pas être stérilisé à la vapeur d'eau.
Traitement par rayonnements
Le matériel est exposé à des rayonnements (rayons X, rayons UV, rayons gamma, etc.) qui tuent les micro-organismes.
L'exposition aux rayonnements peut être nocive pour la santé humaine.

 

Travail sous une hotte aspirante permettant de maintenir un milieu stérile

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La croissance et la conservation des cultures cellulaires

Lors d'une culture cellulaire, le taux de croissance des cellules n'est pas constant. Il s'effectue plutôt selon une courbe dans laquelle on peut distinguer 4 phases.

  1. La phase d'adaptation. Il n'y a pratiquement pas de croissance cellulaire puisque les cellules s'adaptent à leur nouvel environnement et s'y installent.
  2. La phase de croissance rapide. Les cellules se divisent rapidement, car elles consomment la majeure partie des nutriments contenus dans le milieu de culture.
  3. La phase stationnaire. Le nombre de cellules est constant puisqu'il y a autant de cellules qui meurent que de nouvelles qui sont produites. Cela s'explique par un épuisement des nutriments, une accumulation de déchets et un manque d'espace disponible.
  4. La phase de déclin. Les nutriments et l'espace se font trop rares pour maintenir un nombre de cellules maximum. Ce nombre décroît.

Le maximum de cellules possible est atteint à la fin de la phase de croissance rapide. Lorsque la phase stationnaire est atteinte, il peut être utile d'arrêter la culture et de la conserver à des fins d'analyse ou d'utilisation ultérieure. On peut congeler les cultures afin de les conserver. C'est aussi lors de cette phase que l'on doit repiquer les cellules (les transférer) dans un nouveau milieu de culture puisque les nutriments du milieu initial sont en train de s'épuiser, ce qui déclenchera la phase de déclin.

La culture des cellules souches

Notre corps contient deux types de cellules: les cellules spécialisées et les cellules souches. Les cellules spécialisées remplissent des rôles particuliers dans notre organisme. Lorsqu'on met un tel type de cellule en culture, on obtient des cellules qui ont exactement la même spécialisation que la cellule initiale. Ainsi, une cellule musculaire ne produira que des cellules musculaires. Pour contourner ce fait, on peut utiliser des cellules souches.

Principe de production d'un organe à partir de cellules spécialisées

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Les cellules souches sont des cellules qui ne jouent pas de rôle particulier dans l'organisme. Elles ont la capacité de se diviser quasi indéfiniment et, dans des conditions particulières, elles peuvent se transformer en cellules spécialisées. Grâce à ces deux particularités, les cellules souches permettent de produire des tissus et des organes de rechange. Chez l'adulte, on retrouve quelques cellules souches dans le sang et dans la moelle osseuse. Les premières cellules d'un embryon sont également des cellules souches qui se spécialiseront par la suite pour donner les différentes cellules spécialisées du corps. On peut donc obtenir des cellules souches à partir d'un embryon, d'un cordon ombilical ou d'un placenta.

Cellules souches embryonnaires pouvant se développer en divers types de cellules spécialisées

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La culture des cellules souches soulève énormément de controverses puisque certains principes moraux peuvent être transgressés par cette pratique. Par exemple, si l'on considère que la vie d'un individu débute dès la fécondation d'un ovule par un spermatozoïde, l'utilisation d'embryons pour la culture de cellules souches devient inacceptable. Des normes éthiques, c'est-à-dire des règles qui visent à faire respecter certains principes moraux, ont donc été imposées par l'Institut de la recherche scientifique canadienne afin d'encadrer la recherche portant sur les cellules souches.

  • Les embryons utilisés ne doivent pas avoir été obtenus à la suite de transactions commerciales.
  • La femme enceinte qui donne son embryon doit le faire sans y avoir été forcée.
  • La femme enceinte qui donne son embryon doit savoir qu'il servira à des fins de recherche sur les cellules souches.
  • Le cordon ombilical et le placenta peuvent être utilisés pour des recherches sur des cellules souches si les deux parents donnent leur consentement.
  • Les cellules souches humaines prélevées sur un adulte doivent avoir été obtenues avec le consentement du donneur.

Malgré les craintes reliées à l'utilisation de cellules souches, il demeure que leur culture peut permettre de guérir certaines formes de cancers, entre autres des ganglions et du sang. De plus, grâce aux recherches sur les cellules souches, on espère un jour guérir des maladies telles que la maladie d'Alzheimer, la maladie de Parkinson, la sclérose en plaques et plusieurs maladies cardiaques.

Maladies possiblement guérissables grâce à la recherche sur les cellules souches

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