لماذا نحتاج إلى ثاني أكسيد الكربون في زراعة الخلايا؟

يتراوح الرقم الهيدروجيني (pH) لمحلول زراعة الخلايا النموذجي بين 7.0 و7.4. ونظرًا لأن نظام الكربونات العازل للأس الهيدروجيني هو نظام عازل فسيولوجي للأس الهيدروجيني (وهو نظام عازل مهم للأس الهيدروجيني في دم الإنسان)، فإنه يُستخدم للحفاظ على استقرار الرقم الهيدروجيني في معظم المزارع. غالبًا ما يلزم إضافة كمية معينة من بيكربونات الصوديوم عند تحضير المزارع بالمساحيق. في معظم المزارع التي تستخدم الكربونات كنظام عازل للأس الهيدروجيني، وللحفاظ على استقرار الرقم الهيدروجيني، يجب الحفاظ على تركيز ثاني أكسيد الكربون في الحاضنة بين 2% و10% للحفاظ على تركيز ثاني أكسيد الكربون المذاب في محلول الزراعة. في الوقت نفسه، يجب أن تكون أوعية زراعة الخلايا قابلة للتهوية إلى حد ما للسماح بتبادل الغازات.

هل يُغني استخدام أنظمة أخرى لمعايرة الرقم الهيدروجيني عن حاضنة ثاني أكسيد الكربون؟ وُجد أنه نظرًا لانخفاض تركيز ثاني أكسيد الكربون في الهواء، فإن عدم زراعة الخلايا في حاضنة ثاني أكسيد الكربون سيؤدي إلى استنفاد حمض الهيدروكلوريك (HCO3-) في وسط الزراعة، مما يُعيق النمو الطبيعي للخلايا. لذلك، تُزرع معظم الخلايا الحيوانية في حاضنة ثاني أكسيد الكربون.

على مدى العقود القليلة الماضية، حققت مجالات بيولوجيا الخلية، والبيولوجيا الجزيئية، وعلم الأدوية، وغيرها، تقدمًا هائلاً في مجال البحث، وفي الوقت نفسه، كان على تطبيق التكنولوجيا في هذه المجالات مواكبة هذا التطور. على الرغم من التغيير الجذري في معدات مختبرات علوم الحياة التقليدية، لا تزال حاضنة ثاني أكسيد الكربون جزءًا مهمًا من المختبر، وتُستخدم لغرض الحفاظ على نمو أفضل للخلايا والأنسجة وتعزيزه. ومع ذلك، ومع التقدم التكنولوجي، أصبحت وظيفتها وتشغيلها أكثر دقة وموثوقية وسهولة. في الوقت الحاضر، أصبحت حاضنات ثاني أكسيد الكربون من الأدوات الروتينية الشائعة الاستخدام في المختبرات، وتُستخدم على نطاق واسع في البحث والإنتاج في مجالات الطب، وعلم المناعة، وعلم الوراثة، وعلم الأحياء الدقيقة، والعلوم الزراعية، وعلم الأدوية.

تُهيئ حاضنة ثاني أكسيد الكربون بيئةً مُثلى لنمو الخلايا والأنسجة من خلال التحكم في الظروف البيئية المحيطة. ونتيجةً لهذا التحكم، تُؤدي هذه الظروف إلى استقرارٍ في درجة الحموضة/القلوية (pH: 7.2-7.4)، ودرجة حرارة ثابتة (37 درجة مئوية)، ورطوبة نسبية عالية (95%)، ومستوى ثابت من ثاني أكسيد الكربون (5%). ولهذا السبب، يُبدي الباحثون في المجالات المذكورة حماسًا كبيرًا لسهولة استخدام حاضنة ثاني أكسيد الكربون.

علاوةً على ذلك، ومع إضافة خاصية التحكم بتركيز ثاني أكسيد الكربون واستخدام متحكم دقيق للتحكم الدقيق في درجة حرارة الحاضنة، تحسّنت معدلات نجاح وكفاءة زراعة الخلايا والأنسجة البيولوجية وغيرها. باختصار، تُعد حاضنة ثاني أكسيد الكربون نوعًا جديدًا من الحاضنات لا يمكن استبداله بحاضنات الترموستات الكهربائية التقليدية في المختبرات البيولوجية.