Programa de la asignatura: CULTIVOS CELULARES DEPARTAMENTO DE FISIOLOGÍA, ANATOMÍA Y BIOLOGÍA CELULAR. Licenciatura: BIOTECNOLOGÍA.

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1 Programa de la asignatura: CULTIVOS CELULARES Licenciatura: BIOTECNOLOGÍA Curso: 5 º Tipo de asignatura: Troncal, Cuatrimestral (2º CTM) Créditos: 4,5 (3 T + 1,5 P) Curso académico: Áreas: BIOLOGÍA CELULAR Y FISIOLOGÍA VEGETAL Profesor responsable: José A. Sánchez Alcázar DEPARTAMENTO DE FISIOLOGÍA, ANATOMÍA Y BIOLOGÍA CELULAR 1

2 UNIVERSIDAD PABLO DE OLAVIDE (SEVILLA) Curso 2008/2009 LICENCIATURA DE BIOTECNOLOGÍA, 5º CURSO CULTIVOS CELULARES PROFESOR RESPONSABLE DE LA ASIGNATURA: Dr. José A. Sánchez Alcázar (Tlf: ; correo: PROFESORES DE LA ASIGNATURA: Dr. José A. Sánchez Alcázar Dr. Juan José Camacho Cristóbal Dr. Agustín González Fontes de Albornoz OBJETIVOS DE LA ASIGNATURA Desde mediados de los años 1980 el uso de la tecnología de cultivo de células animales y vegetales se ha incrementado tanto en la investigación biomédica básica como en la industria biotecnológica. En la investigación básica la principal causa de este incremento ha sido el desarrollo de las tecnologías de producción de proteínas recombinantes y de anticuerpos monoclonales, la necesidad de modelos celulares en biología molecular y la creciente importancia de la biología celular. En la industria, el uso de tecnologías basadas en las células animales para la producción de biofármacos y vacunas ha experimentado una rápida expansión. En la última mitad de los años 1990, la necesidad de la industria y la investigación básica de cultivos celulares a escala pequeña o industrial continúa en crecimiento por el progreso de la investigación en terapia génica y terapia celular mediante la aplicación de técnicas de biología molecular. Además surge una demanda social y legal de reemplazar, reducir o refinar el uso de animales en la experimentación, lo cual ha conducido a un incremento en el desarrollo de modelos celulares eucariotas. Desde el comienzo de este siglo, el aumento del esfuerzo en la investigación en genómica y proteómica, incluyendo la integración de técnicas de alto rendimiento y ensayos basados en células en las fases iniciales del proceso de descubrimiento y desarrollo de nuevos fármacos -la denominada farmacogenómica-, ha acentuado todavía más la importancia científica y económica de las técnicas de cultivos celulares animales y vegetales. En los próximos años se prevé un incremento sustancial del uso de tecnologías de cultivos celulares, con una mayor integración de la genómica, proteómica y metabolómica en el proceso de desarrollo de fármacos y el incremento asociado de la capacidad de cultivo en la industria biotecnológica y farmacéutica. El objetivo de esta asignatura es proporcionar una formación básica, tanto teórica como práctica, en tecnologías de cultivos celulares animales y vegetales, y una primera aproximación a sus aplicaciones en la investigación biomédica y la industria biotecnológica. El cultivo de células vegetales tiene también importancia biotecnológica. Sin embargo, la mayoría de las aplicaciones tienen más que ver con la regeneración de nuevas variedades de plantas, transgénicas o no, que con el cultivo de las células en sí. En la presente asignatura estudiaremos las técnicas de cultivo en suspensión de células vegetales y sus aplicaciones biotecnológicas. Objetivos específicos de aprendizaje: Al finalizar sus estudios el alumno debe ser capaz de: Reconocer los fundamentos básicos de las técnicas y métodos de los cultivos celulares. Identificar todo el material de laboratorio básico de cultivos celulares. Analizar las aplicaciones de los cultivos celulares en la biotecnología. 2

3 PROGRAMA DE CLASES TEÓRICAS El programa se ha dividido en dos bloques temáticos que engloban 13 temas que pasamos a pormenorizar a continuación: I. CULTIVO IN VITRO DE CÉLULAS Y TEJIDOS ANIMALES TEMA 1. Introducción: Generalidades sobre las técnicas de cultivo de células animales. Historia de las técnicas de cultivo. Ventajas y desventajas de los cultivos celulares. Las técnicas de cultivo de tejidos como alternativa a la experimentación con animales. Aplicaciones. TEMA 2. Requisitos básicos para el cultivo celular. El ambiente del cultivo celular. Requerimientos físico-químicos de los cultivos celulares: temperatura, osmolaridad, ph. Medios de cultivo: composición, suplementos, sueros, medios libres de suero. Substratos. TEMA 3. Terminología y descripción de los diferentes tipos y sistemas de cultivo celulares. Métodos de estudio de recuento y viabilidad celular. Mantenimiento de cultivos. Criopreservación. TEMA 4. Cultivos primarios. Tipos. Explantes. Disociación mecánica y enzimática de tejidos. Purificación de tipos celulares. TEMA 5. Líneas celulares: origen y manejo de las células. Iniciación de los cultivos. Parámetros típicos: adherencia, tiempo de doblaje y curva de crecimiento. Clonado y selección. Caracterización de las líneas celulares. TEMA 6. Cultivos organotípicos y tridimensionales. Características y aplicaciones. Matrices tridimensionales. TEMA 7. Citometría de flujo. Fundamentos de la citometría de flujo. Parámetros celulares intrínsecos. Sondas fluorescentes y actividad celular. Aplicaciones de la citometría de flujo: ciclo celular y apoptosis. Separación celular. TEMA 8. Cultivos para terapias regenerativas. Cultivo de células madre embrionarias y adultas. Cultivo de células de cordón umbilical. TEMA 9. Aplicaciones industriales de los cultivos celulares. Cultivo de células a gran escala. Producción de anticuerpos monoclonales. Producción de vacunas. II. CULTIVO IN VITRO DE CÉLULAS Y TEJIDOS VEGETALES Tema 10. Introducción. Morfogénesis y cultivos in vitro. Variación somaclonal. Tema 11. Cultivo de callos y células en suspensión. Tema 12. Aislamiento y cultivo de protoplastos. Hibridación somática. Tema 13. Producción de haploides. 3

4 PROGRAMA DE CLASES PRÁCTICAS Práctica 1. Técnicas básicas de cultivo celular. Equipamiento para el cultivo celular. Técnica aséptica. Preparación de medios y tampones. Diferentes recipientes de cultivo. Observación de diferentes tipos de cultivos: adherentes y en suspensión. Las fases de un cultivo. Líneas celulares. Subcultivo de células adherentes y en suspensión. Cuantificación y viabilidad. Obtención de cultivos primarios de fibroblastos. Práctica 2. Citotoxicidad y apoptosis. Ensayo MTT para estudios de citotoxicidad y viabilidad. Detección de apoptosis. Práctica 3. Aislamiento de protoplastos. METODOLOGÍA DOCENTE: ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE Enseñanza Teórica: para poseer y comprender conocimientos. Enseñanza Práctica: para desarrollar las habilidades de aprendizaje. Seminarios: para la aplicación de conocimientos y comprensión, así como para desarrollar la capacidad de emitir juicios y de comunicar. CLASES TEÓRICAS Las clases teóricas tendrán lugar en el horario y aula propuesto por la Facultad. Las clases, salvo imprevistos, serán impartidas por los profesores Drs. José A. Sánchez Alcázar y Juan José Camacho Cristóbal. CLASES PRÁCTICAS Las clases prácticas son obligatorias para todos los estudiantes que no las hayan superado en convocatorias anteriores. Tendrán lugar en los laboratorios de prácticas (laboratorio de cultivos) de las áreas de Biología Celular y de Fisiología Vegetal, en fecha y hora que oportunamente se anunciará en el tablón correspondiente. TRABAJOS BIBLIOGRÁFICOS Los alumnos que lo deseen pueden realizar trabajos bibliográficos de algún tema relacionado con la asignatura. PROCEDIMIENTOS DE EVALUACIÓN Se realizará un examen final que comprenderá preguntas cortas de teoría y prácticas Además el examen incluirá el desarrollo de un supuesto práctico que versará sobre algunas de las materias vistas. Para su valoración se tendrán en cuenta la exactitud, precisión y expresión de los conceptos. La nota del examen final se multiplicará por un factor de 0,9. La presentación de trabajos bibliográficos desarrollados por los alumnos representará hasta un punto adicional a la calificación final de la asignatura. Los estudiantes que lo deseen pueden realizar un seminario sobre algún tema relacionado con la asignatura. Los seminarios serán valorados siempre positivamente hasta una nota máxima de 1 punto. TUTORIAS Las tutorías tendrán lugar en los despachos de los profesores en el edificio 22; el horario de las mismas se dará a conocer a principios del curso. 4

5 BIBLIOGRAFÍA RECOMENDADA R.I. FRESHNEY. Culture of Animal Cells: A Manual of Basic Technique, 5th Edition. John Wiley and Sons (Disponible online-bajo suscripción- en Wiley Interscience) R. I. FRESHNEY. Freshney's Culture of Animal Cells: A Multimedia Guide CD-ROM. John Wiley and Sons, (Material audiovisual basado en el libro del mismo título) J. S. BONIFACINO, M. DASSO, J. B. HARFORD, J LIPPINCOTT-SCHWARTZ, K M. YAMADA. Current Protocols on Cell Biology. John Wiley and Sons, 2006 R. I. FRESHNEY AND J. R. W. MASTERS. Animal Cell Culture: A Practical Approach, 3rd Edition. Oxford University Press, PICOT J. Human Cell Culture, 2 nd. Edition. Humana Press, R. PÖRTNER. Animal Cell Biotechnology. Methods and Protocols, 2nd. Edition. Humana Press, 2007 (nueva edición que debería estar disponible a partir de Marzo de 2007) CHAWLA HS. Introduction to plant biotechnology (2nd Ed.). Science Publishers, Inc, EDWARS S., COLLIN. H.A Plant Cell Culture, Springer, Berlin-Heidelberg-New York. SMITH RH. Plant tissue culture: techniques and experiments. 2nd Edition. Academic Press, PIERIK, RLM. In vitro culture of higher plants. Kluwer Ac. Publ., SERRANO GARCÍA M, PIÑOL SIERRA MT. Biotecnología vegetal. Editorial Síntesis, TAIZ L, ZEIGER E (eds.). Plant Physiology, 4th Edition. Sinauer Associates, Inc., Publishers. Sunderland, Massachusetts, TRIGIANO R; GRAY D (eds.). Plant tissue culture concepts and laboratory exercises. CRC Press,