Las primeras técnicas de CULTIVO CELULAR se desarrollaron hace más de 100 años y, desde entonces, han permitido enormes avances en la ciencia. Hoy en día es un herramienta fundamental utilizada en los laboratorios de todo el mundo para estudiar la fisiología y la bioquímica de las células, los mecanismos subyacentes a la enfermedad y los efectos de fármacos y compuestos tóxicos sobre poblaciones celulares. 

El CULTIVO CELULAR es un modelo de estudio in vitro que se ha convertido en una técnica básica de investigación en laboratorios como el Instituto Cajal. Se trata de hacer crecer y proliferar células —eucariotas o procariotas— en ambientes controlados artificialmente con nutrientes específicos. Hablamos de cultivos de células vegetales, animales, bacterias, levaduras y, últimamente, también de células madre embrionarias.

El cultivo celular requiere de un conjunto de técnicas que permiten preservar al máximo las propiedades fisiológicas, bioquímicas y genéticas de aquellas células que se pretende mantener in vitro. Por eso, el laboratorio de cultivo celular es un lugar donde se deben mantener unas condiciones de total asepsia ambiental para evitar la contaminación de los cultivos. Desde 1987, la Unidad de Cultivos Celulares del Instituto Cajal se compone de tres salas donde se generan in vitro  células obtenidas de organismos multicelulares, especialmente neuronas, astrocitos y oligodendrocitos extraídas de cerebros de animales.

Según la ley vigente [1] el manejo de estos cultivos requiere dos niveles distintos de seguridad (o niveles de contención):

 -        Nivel de contención 1: en la Sala de Cultivos y Líneas Establecidas. Requerido para cultivo de células animales no transformadas de no-primates. Consta de 4 cabinas de flujo laminar horizontal para protección preferente de las muestras y otras 4 cabinas de flujo laminar vertical que aportan protección al operador además de a la muestra.

-        Nivel de contención 2: en las Salas P2-A y P2-B, donde se generan cultivos celulares de primates (tumorales o no tumorales), líneas celulares humanas no intervenidas, cultivos celulares de no primates productores de virus, se manipulan agentes biológicos no infecciosos a través del aire con tropismo humano (retrovirus, lentivirus, adenovirus). El Instituto Cajal está equipado con dos cabinas de bioseguridad que garantizan la protección al operador, a la vez que también aportan protección a la muestra.

El equipamiento básico de un laboratorio de cultivo celular es el siguiente:

Además de disponer de los equipos adecuados y de espacios convenientemente aseptizados, es fundamental elegir un medio de cultivo adecuado. Junto a los problemas de contaminación, los medios de cultivo son los principales factores implicados en el mayor o menor éxito del cultivo de células in vitro. Cada tipo de cultivo celular requiere un medio específico, sin que exista una fórmula universal y precisa para ello. 

Un buen medio de cultivo es aquel que reúne las siguientes cualidades:

- es específico respecto a la célula a cultivar;
- aporta los nutrientes esenciales (hidratos se carbono, ácidos grasos esenciales y otros lípidos, aminoácidos, sales minerales y oligoelementos;
- posee un valor de pH adecuado;
- tiene capacidad tampón (para mantener el pH dentro de valores fisiológicos);
- es isotónico y, por supuesto, 
- es estéril. 

Hoy en día, numerosas compañías comercializan una serie de medios de cultivo base estándar [2] y otros más específicos que se completan con otros aditivos adaptados al tipo de cultivo que se realiza, como por ejemplo antibióticos, indicadores de pH, o incluso suero fetal (ovino, bovino o humano).  

Combinando las buenas prácticas de laboratorio con los equipos y materiales adecuados es posible obtener clones bien definidos de un solo tipo de células a partir de cada cultivo, llamados líneas celulares. Este es un esquema del proceso de obtención de las células que servirán para obtenerlas:

Existen varios tipos de cultivos celulares:

adaptado de: https://viresa.com.mx/blog_cultivo_celular_tipos

UN POCO DE HISTORIA 

El cultivo de células tuvo su origen en el siglo XIX. El primero capaz de mantener vivas células sanguíneas de un anfibio fue Rechlinhausen (en 1866), pero fue Wilhem Roux quien cultivó células de embrión de pollo en una solución salina durante varios días y demostró que podían sobrevivir sin presencia de un organismo que las mantuviera vivas en su interior (en 1885). Se convirtió así en el primer investigador que realizó y mantuvo un cultivo celular durante siete días. 

El cultivo de tejidos estuvo durante mucho tiempo a medio camino entre la ciencia y el arte. Considerado inicialmente como una técnica particularmente difícil de aprender, actualmente las dificultades de los comienzos están hoy en día prácticamente superadas. 

El zoólogo americano R.G. Harrison fue el primero en emplear las técnicas in vitro para el estudio de fenómenos in vivo. Realizó cultivos de médula espinal embrionaria de anfibios y pudo observar el crecimiento de los axones de los neuroblastos. Pudo establecer así que el axón se formaba por expansión a partir del cuerpo neuronal y no por fusión de una cadena de células. El cultivo se realizaba en una gota de linfa del anfibio que colgaba de un cubreobjetos sobre una cámara sellada. 

La primera gran limitación de los cultivos celulares con la que se encontraron los científicos fue lograr un medio nutritivo adecuado. Burrows (1910) empleó plasma de pollo para nutrir los explantes de tejidos embrionarios de pollo. Este medio se reveló mucho mejor que los anteriormente probados, lo que le permitió observar el crecimiento del tejido nervioso, corazón y piel. 

Burrows y Carrel realizaron los primeros intentos de establecer cultivos de células de mamíferos y consiguieron obtener explantes obtenidos a partir de perros, gatos, conejos de indias y de tumores sólidos. Además, demostraron que la vida del cultivo se podía prolongar mediante subcultivo y, para ello, emplearon un plasma suplementado con extractos de embrión. 

Gran parte del éxito en el mantenimiento de los cultivos se debió al desarrollo del denominado «frasco de Carrel». Gracias a este frasco, Carrel mantuvo en cultivo células extraídas de embrión de pollo durante 34 años (Sharp, 1977). 

Rous y Jones (1916) emplearon por primera vez extractos enriquecidos en tripsina para disociar las células de embriones de pollos estableciendo el primer cultivo celular.

Uno de los mayores problemas que describen para el establecimiento de los cultivos celulares es la aparición de múltiples contaminaciones, por lo que entre 1920 y 1940 se desarrollaron numerosos métodos de manipulación en condiciones de asepsia que siguen utilizándose hoy en día. Otro hito importante fue el aislamiento de los primeros antibióticos en la década de los 40. Podríamos decir que los cuatro puntos esenciales para el desarrollo del cultivo celular fueron:

• El uso de antibióticos que no afectaban a las células animales y prevenían las contaminaciones bacterianas.
• El aislamiento de una línea celular humana establecida (Hela) de un carcinoma humano en la que podían crecer muchos virus humanos (Adeno, Rino,…)
• El desarrollo por Eagle de un medio de cultivo, no sólo para sobrevivir, sino para crecer muchos tipos de células y con composición más o menos definida.
• El refinamiento de técnicas para crecimiento de células de mamíferos aislados (1957, Puck, et al.).

LA CURIOSA HISTORIA DE HENRIETTA LACKS

Hablar de cultivos celulares sin mencionar a Henrietta Lacks es impensable, porque se han realizado miles de investigaciones científicas y biomédicas con la línea celular que toma su nombre del acrónimo formado con las dos primeras letras de su nombre (He) y de su apellido (La), pero ¿sabes por qué? 

Nacida en 1920 en el seno de una familia afroamericana pobre de 10 hijos que trabajaba en las plantaciones de tabaco del estado de Virginia en EE. UU., nadie imaginaba que se convertiría en una de las personas más relevantes de la investigación biomédica... y en cierto modo, en «inmortal». Esta afroamericana murió en 1951 a los 31 años, víctima de un cáncer del cuello del útero fulminante. Sin saberlo, sería ella quien permitiría, entre otras muchas cosas, poner a punto vacunas, comprender el funcionamiento de los virus o describir multitud de mecanismos moleculares y procesos celulares. Pero ¿cómo ocurrió todo esto? 

Antes de tratar con radio el tumor, el cirujano tomó una muestra de las células del tumor de Henrietta ¡sin su consentimiento! Se las entregó a George Otto Gey, un especialista del cultivo de células tumorales que trabajaba en el mismo hospital y llevaba años buscando desarrollar una línea de células humanas inmortales (aquellas capaces de dividirse indefinidamente  y mantenerse vivas en condiciones de cultivo después de algunas divisiones celulares [5]). Aún hoy en día, las células HeLa siguen multiplicándose por todos los laboratorios del mundo las células. 

Las de Henrietta fueron las primeras células humanas inmortales que crecieron en un laboratorio  y permitieron desarrollar infinidad de experimentos. Esto representó un enorme avance para la investigación médica y biológica. En la actualidad existen más de 10.000 patentes que incluyen las células HeLa, y se calcula que los científicos han producido más de 20 toneladas de células HeLa, usadas incluso para investigar la sensibilidad humana a objetos tan variados como la cinta adhesiva, el pegamento, los cosméticos y muchos otros productos. 

Aunque parezca increíble, hubo que esperar a 1996 para que la Escuela de Medicina Morehouse de Atlanta y el alcalde de Atlanta (EE. UU.), reconociera tardíamente a la familia de Henrietta Lacks por sus contribuciones póstumas. Y no fue hasta octubre de 2021 cuando el Director General de la OMS otorgó un premio póstumo al hijo de Henrietta, Lawrence Lacks (de 87 años entonces) —que  acudió acompañado de los nietos y bisnietos— en reconocimiento de la vida, el legado y la contribución a la ciencia médica de su madre.

El caso de las células HeLa es un buen ejemplo de cómo las líneas celulares originadas a partir de tejido de seres humanos presentan controversias bioéticas, porque sobreviven a los organismos parentales y se utilizan para investigar tratamientos médicos muy lucrativos después del fallecimiento de las personas que las produjeron.

APLICACIONES DEL CULTIVO CELULAR

La ciencia usa rutinariamente líneas celulares para conocer el comportamiento de ciertas células, tejidos e incluso de organismos enteros y su uso permite trabajar en multitud de campos, que van desde la investigación básica hasta la más aplicada, tanto en estudios con células (diferenciación, transformación, ciclo celular, etc.) como con virus (análisis de componentes, producción de virus, etc.)

En INVESTIGACIÓN BÁSICA, las líneas celulares permiten estudiar:

 • La actividad intracelular, mecanismos implicados en los diferentes procesos intracelulares, como la transcripción de DNA, síntesis de proteínas, metabolismo energético, ciclo celular, diferenciación, apoptosis, etc.
 • El flujo intracelular de biomoléculas, movimientos intracelulares de sustancias y señales asociadas a los diferentes procesos fisiológicos, como el procesamiento del ARN, el movimiento del ARN desde el núcleo hacia el citoplasma, el movimiento de las proteínas hacia diversos orgánulos, el ensamblaje y desensamblaje de los microtúbulos, etc.
• La genómica y proteómica: análisis genético, infección, transformación celular, inmortalización, senescencia, expresión génica, rutas metabólicas, etc.
• La ecología celular: el estudio de las condiciones ambientales responsables del mantenimiento de la funcionalidad celular y de su diferenciación, el estudio de las necesidades nutricionales, infecciones, estudio de la transformación celular (inducidas por virus o agentes químicos) o la cinética de la población celular.

• Las interacciones celulares: procesos de inducción embrionaria, cooperación metabólica, inhibición por contacto/adhesión o interacciones célula-célula, morfogénesis, proliferación celular, invasión celular.