조직배양

조직배양

배양된 조직은 단세포, 세포집단 또는 기관의 전체이거나 일부일 수도 있다.

배양되는 세포는 증식하여 크기와 모양, 기능 등이 변하기도 하고 근육세포가 수축하는 것과 같은 특수한 활동을 하거나 다른 세포들과 상호작용을 할 수도 있다.

조직배양은 세포의 환경을 조절할 수 있어 세포의 행동을 관찰하거나 조작할 수 있다. 세포와 기관을 배양하는 실험은 생물작용에 대한 새로운 지식을 주고 질병 진단에 도움을 준다. 조직배양은 세포의 구성·형태, 생화학적 작용, 유전학적 작용, 생식 작용, 영양, 물질대사, 특수기능, 노화의 과정과 치료, 약물이나 바이러스와 같은 물리학적·화학적·생물학적 요인이 세포에 미치는 영향, 그리고 정상 세포와 암 같은 비정상 세포들 사이의 차이점 등 세포에 대한 기본 지식을 넓혀주었다.

조직배양을 통한 연구는 감염·효소결핍증, 염색체 이상을 발견하는 데 도움을 주었을 뿐 아니라 뇌종양을 분류하고 의약과 백신을 만들어 실험하는 데도 도움을 주었다.

고등 식물과 동물의 세포를 영양배지에서 기르는 기술은 20세기초부터 크게 발전했다. 세포들은 혈청이나 조직 추출물과 같은 생물에서 유래한 배양액에서 자랄 수도 있고 화학적으로 만든 합성배지나 2개의 합성배지를 혼합한 배지에서도 자랄 수 있다.

배지에는 연구하고자 하는 세포에 필요한 영양분의 비율이 알맞아야 하고 산성 또는 알칼리성이 적절하게 맞추어져야 한다. 배양세포는 보통 유리나 플라스틱 표면에서 단세포층으로 자라거나, 액체나 반(半)고체 배지에 분산되어 자란다. 배양을 시작하기 위해서는 작은 조직의 표본을 배지 위나 배양액이 들어 있는 플라스크, 시험관, 페트리 접시에 퍼뜨린 다음 그 조직의 정상환경과 가까운 온도에서 배양한다. 미생물에 오염되는 것을 막기 위해 무균상태를 유지시켜야 한다. 살아 있는 배양세포들은 현미경을 통해 직접 관찰하거나, 현미경을 통해 찍은 사진이나 활동사진으로 관찰할 수 있다.

좀더 세밀하게 관찰하기 위해 세포를 죽여 보존된 상태에서 염색하거나 얇은 절편으로 만들어 광학현미경이나 전자현미경으로 관찰하기도 한다(→현미경). 세포의 성장과 증식은 여러 가지 방법으로 측정할 수 있다. 배양된 세포는 수년 동안 아주 낮은 온도에서 살아 있는 상태로 저장했다가 다시 성장하게 할 수 있으며 조직배양을 하는 세포에 여러 가지 실험 처리를 해볼 수도 있다. 예를 들어 배양액에 바이러스·약물·호르몬·비타민·병원균·발암물질 등을 넣어 볼 수도 있고 세포에 열을 가하거나 방사선을 조사(照射)할 수도 있다.

또한 배양된 세포를 동물에 주입시키기도 한다. 시간의 경과에 따라 사진을 찍어 실험과정의 결과를 기록하기도 한다. 때때로 배양체들은 단세포에서 자라나 클론이라는 균일한 생물의 개체군을 만든다. 세포의 성장과 분열주기 동안 일어나는 변화를 그림으로 나타내기 위해 방사능 물질을 세포 구성성분에 결합시킬 수도 있다.

척추동물과 무척추동물, 식물조직 등에서 나온 다양한 종류의 세포가 실험실에서 배양된다.

이들 배양체 중 일부는 정상 조직과 비정상 조직에서 성장과 발생의 기초과정을 연구하는 데 사용되어왔다. 한 가지 발견은 정상 세포가 노화과정을 거치는 동안 번식능력이 단 50~100세대로 제한되고 그후로는 번식속도가 급격히 감소한다는 것이다. 반면에 여러 암세포들은 영구히 번식할 수 있다. 동식물의 종양배양은 악성변환의 본질을 밝혀내려는 희망으로 널리 연구되고 있다. 어떤 바이러스가 조직배양에서 자랄 수 있다는 것을 발견한 이후 이 기술은 소아마비와 인플루엔자, 홍역, 유행성 이하선염, 그밖의 다른 전염병에 대한 백신을 만드는 데 이용되어왔다.

세포배양으로 인터페론과 같은 바이러스 증식 억제물질도 생산하게 되었다. 지금은 세포나 기관의 배양으로 호르몬을 생산해내고 있다. 두 사람으로부터 백혈구를 채취, 교체 배양함으로써 이식자와 피이식자 사이에 이식의 적합성을 결정할 수 있으며 임산부로부터 세포를 교체 배양함으로써 태아가 다운증후군과 관련된 염색체 결함을 가졌는지의 여부를 알 수 있다.

체세포 유전학이 발달함에 따라 염색체 이상과 유전병을 진단하고 확인하는 것이 크게 발달해왔다.

조직배양 기술은 다른 종(種)의 염색체들을 한 세포 내에 가지는 여러 종의 잡종 세포를 배양하는 데 이용되어 각 염색체의 기능을 각기 따로 알아낼 수 있게 되었다. 최근 조직배양의 연구로 몇몇 유전병의 유전적 원인이 밝혀졌고 유전자에 손상을 입히는 환경물질을 알아내는 방법도 발달되었다.

또한 질병과 관련된 특정 유전자와 염색체 이상을 발견하여 몇몇 암의 본질도 알아냈다.

세포배양을 이용한 연구로 포유동물 세포 내에 세포의 모양을 유지하고 여러 생화학 작용을 조절하는 세포내골격(cytoskeleton)이 있다는 것을 밝혀냈다. 또한 영양가가 높은 새로운 품종의 곡물을 개발하여 세계의 식량문제를 해결하기 위해 체세포 유전학의 방법을 식물세포에도 적용시키고 있다.