1  Biotecnologie cellulari

Le biotecnologie innovative a differenza delle biotecnologie tradizionali (che, derivando da secolari conoscenze naturalistiche e mediche dell’umanità, hanno trovato applicazione nel progressivo sviluppo della scienza e della tecnica per usi destinati principalmente all’alimentazione e alla cura della salute), riguardano la scoperta, l’ideazione e la realizzazione di procedure, strumenti e soggetti che in precedenza non esistevano.
Queste nuove tecniche permettono di manipolare in modo accurato e altamente selettivo organismi viventi partendo dalla comprensione del loro genoma, e sono capaci di modificarne l’informazione genetica e di manipolare in laboratorio altri materiali biologici (cellule, acidi organici, enzimi) per mettere a punto nuovi prodotti biotecnologici.
La possibilità di intervenire sulle cellule è ormai entrata, da anni, nel lavoro quotidiano di quasi tutti i laboratori di ricerca con la produzione di colture cellulari dette anche colture in vitro.
Esse, partendo da cellule, tessuti o organi espiantati dall’organismo, costituiscono una fonte pressoché inesauribile di materiale di studio abbondante e omogeneo poiché continuano a svolgere le loro funzioni per un periodo di tempo, che può essere in taluni casi anche illimitato. Il termine in vitro, che sta ad indicare le colture cellulari e di tessuti al di fuori dell’organismo in condizioni fisiologiche artificiali, si contrappone al termine ex vivo che designa procedure in cui del materiale vivente, ad esempio il sangue, viene prelevato per essere trattato, e dopo la coltivazione in un incubatore reimmesso in tempi brevi nel corpo.
Le colture cellulari, sviluppate in laboratorio attraverso condizioni di rigorosa sterilità, si impiantano (a partire anche da minuscoli frammenti) su un terreno di coltura adatto al tipo di cellule, che per questo differisce a seconda che si operi con cellule vegetali o animali: pesci, anfibi, rettili, uccelli o mammiferi.
I terreni di coltura in genere sono sintetici, costituiti da sostanze fondamentali (amminoacidi, zuccheri, vitamine, sali inorganici, ecc.), sciolti in soluzione a pH e a pressione osmotica controllati. I vantaggi di tali colture derivano dal fatto che rappresentano sistemi molto semplici e facilmente riproducibili, e oltretutto consentono di analizzare i meccanismi cellulari in un ambiente altamente controllabile dall’operatore [  2  ].
Sono sistemi abbastanza economici e rapidi nel tipo di risposta che ci possono dare e hanno disponibilità molto elevata e costi contenuti; inoltre, nel caso di colture cellulari animali, possono almeno in parte evitare il sacrificio di animali da esperimento.

     Strumenti per effettuare colture di cellule eucariote
È essenziale, in un laboratorio in cui si opera sulle cellule per mantenerle nelle migliori condizioni di sopravvivenza in vitro e permettere la loro proliferazione, la garanzia della sterilità dell’ambiente e del materiale di lavoro.
Allo stesso modo anche l’operatore deve essere preservato dall’esposizione ad aerosol e schizzi che si possono generare durante la manipolazione di materiale che potrebbe contenere agenti infettivi.
Lo strumento progettato a questo scopo è la cappa di sicurezza biologica o microbiologica, spesso denominata cappa o cabina biohazard, la cui realizzazione è resa possibile grazie ai filtri HEPA (High Efficiency Particulate Air), che devono essere sostituiti periodicamente, e alla tecnologia del flusso laminare.
Si tratta di un flusso d’aria unidirezionale formato da sottilissime strisce d’aria sterili parallele che si muovono alla medesima velocità in tutti i punti, creando una corrente d’aria omogenea e senza turbolenze. In un ambiente sterile così ottenuto, ogni contaminante libero nella zona di lavoro viene trascinato lontano da un fronte di aria sterile.
Gli strumenti per sterilizzare i materiali sfruttano il calore secco o il calore umido. Nel primo caso sono stufe a secco utilizzate per sterilizzare la vetreria portandola a 150°/180 °C per 3 ore, nel secondo caso si usano le autoclavi con le quali si sterilizzano anche i terreni di coltura abbattendo perfino le spore; il processo dura una ventina di minuti a 121 °C con pressione di 2 atmosfere.
Le condizioni ambientali ottimali per le colture sono create dall’incubatore, strumento che all’interno mantiene stabili alcuni parametri quali la temperatura a 37 °C, l’umidità (circa il 98%) e una atmosfera di 5% CO2 per conservare il corretto pH 7,4 nella coltura.
Un altro strumento indispensabile in un laboratorio biologico è la centrifuga da laboratorio, che viene utilizzata per separare i corpi di diversa densità attraverso l’uso dell’accelerazione centrifuga.
L’accelerazione per sedimentare le cellule senza danneggiarle è 300 giri x 5 minuti.
Per osservare le cellule, soprattutto animali, mantenute in vita nelle colture in vitro, che non essendo colorate sono praticamente invisibili al microscopio ottico, il laboratorio deve essere dotato di un microscopio a contrasto di fase. Esso si basa sulle differenze di contrasto tra il campione da analizzare e il mezzo circostante, in modo tale da consentirne la visualizzazione senza ricorrere a metodologie di colorazione che spesso comportano modificazioni morfologiche e chimiche con morte delle cellule. Quando un preparato sottile è investito dalla luce, in parte la trasmette e in parte la diffrange. La luce diffratta risulta sfasata rispetto a quella trasmessa e in questi microscopi le differenze di fase sono trasformate in differenze di intensità luminosa.

NUOVE Biotecnologie Agrarie e Biologia Applicata
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