Het petrischaaltje bestaat al meer dan tien jaar en toch is het eenvoudige instrument voor celkweek nog steeds een vaste waarde in veel laboratoria over de hele wereld. De ondiepe cilindrische schaaltjes met glazen of plastic deksels worden het meest gebruikt door biologen om agarplaten te maken waarop bacteriën kunnen worden gekweekt. Ze zijn ook nuttig voor het onderzoeken van de werkzaamheid van antibiotica in ontwikkeling.
Om een agarplaatje te maken moet een petrischaaltje gedeeltelijk worden gevuld met warme vloeistof die agar bevat en een mengsel van ingrediënten dat voedingsstoffen, bloed, zouten, koolhydraten, kleurstoffen, indicatoren, aminozuren of antibiotica kan bevatten. Zodra de agar is afgekoeld en gestold, is de schaal klaar om te worden geïnoculeerd met een monster. Virus- of faagculturen moeten in twee fasen worden geïnoculeerd
Petrischalen moeten ondersteboven worden geïncubeerd om het risico van besmetting door in de lucht zwevende deeltjes die erop terechtkomen te verminderen en om te voorkomen dat zich condensatiewater ophoopt dat een cultuur kan verstoren of in gevaar brengen. Voor het overige zijn ze vrij eenvoudig in het gebruik en zijn ze tegenwoordig vaker van wegwerpplastic dan van glas gemaakt, zodat ze na elk gebruik kunnen worden weggegooid.
Hoewel de petrischaal geen belangrijke veranderingen heeft ondergaan sinds de uitvinding ervan meer dan 130 jaar geleden, is zij geassocieerd met enkele van de grootste medische ontdekkingen in de recente geschiedenis. Van het identificeren van pestbacteriën tot de ontdekking van penicilline en het kweken van organen, de tijdlijn van het petrischaaltje is lang niet zo eenvoudig als het ontwerp ervan.
Uitvinding – 1887
De petrischaal is vernoemd naar de Duitse bacterioloog Julius Richard Petri. Petri werkte als militair arts voor het Duitse leger en werd in 1887 aangesteld in een laboratorium van het keizerlijk gezondheidsbureau van Berlijn. Een wetenschapper genaamd Robert Koch leidde het laboratorium en was op zoek naar een betrouwbare zuivere kweektechniek voor het kweken van veel bacteriën.
Veel van de vroegere methoden voor bacteriegroei waren opengesteld voor de lucht, wat resulteerde in kruisbesmetting. Voortbouwend op methoden zoals de stolp op een glazen plaat, vond Petri een kweekschaal uit die veel leek op de schaal die we vandaag de dag kennen. Hij noemde de uitvinding naar zichzelf en schreef vervolgens een artikel van 300 woorden over het gebruik van de schaal.
Identificatie van pestbacteriën – 1894
Tijdens een nieuwe uitbraak van de pest in 1894 in Azië ontdekte de Zwitsers-Franse bacterioloog Alexandre Yersin dat de bacterie Yersinia pestis verantwoordelijk was voor de aandoening. Yersin gebruikte de techniek van de postulaten van Koch om de bacterie op een petrischaaltje te kweken. Hij stelde ook vast welke kweekmedia de ontwikkeling van de bacil optimaliseerden, zodat wetenschappers dezelfde omstandigheden in hun laboratorium konden reproduceren en het micro-organisme konden bestuderen.
Ontdekking van Penicilline – 1928
Een van de beroemdste farmaceutische ontdekkingen die aan de petrischaal kan worden toegeschreven, is misschien wel die van Penicilline. Na zijn terugkeer van vakantie op 3 september 1928 begon Alexander Fleming, professor in de bacteriologie aan het St Mary’s Hospital in Londen, zijn petrischalen te sorteren, waarin zich kolonies stafylokokken bevonden. Staphylococcus is de bacterie die verantwoordelijk is voor steenpuisten, keelpijn en abcessen.
Fleming merkte iets ongewoons op aan een van zijn petrischalen: het was bezaaid met kolonies, behalve in één gebied waar een klodder schimmel groeide. De zone direct rond de schimmel, die later werd geïdentificeerd als een zeldzame stam van Penicillium notatum, was helder en Fleming concludeerde daaruit dat ‘schimmelsap’ in staat was bacteriën te doden.
Fleming’s assistenten Stuart Craddock en Frederick Ridley waren vervolgens in staat zuivere penicilline te isoleren uit het zogenaamde schimmelsap.
De slimme petrischaal – 2011
In 2011 veranderden onderzoekers van het California Institute of Technology (Caltech) de manier waarop celculturen in beeld worden gebracht door een synthetisch platform te creëren dat zij een ‘slimme’ petrischaal of de ePetri noemden. De ePetri werd ontworpen om de behoefte aan omvangrijke microscopen te doen verdwijnen en de menselijke arbeidstijd aanzienlijk te verminderen, terwijl de manier waarop de kweekgroei kan worden vastgelegd, wordt verbeterd. Een kleine camera in de schaal kan gegevens verzenden van de ePetri-schotel en deze via een kabelverbinding overbrengen naar een computer buiten de incubator. Dit zou tijd besparen en besmettingsrisico’s verminderen.
Hersenweefsel kweken – 2017
Petri-schotels hielpen wetenschappers van de Universiteit van Luxemburg met succes bij hun pogingen om menselijke stamcellen om te zetten in hersenachtige culturen die zich zeer vergelijkbaar gedragen met cellen in de menselijke middenhersenen. Het onderzoek werd uitgevoerd in 2011 en bestond uit het kweken van stamcellen, afkomstig van menselijke huidmonsters, op petrischaaltjes.
Aangezien de hersenen het meest complexe menselijke orgaan zijn en het onderzoek ernaar met veel ethische implicaties gepaard gaat, kan het uiterst moeilijk zijn om er experimenten op uit te voeren. De 3D-hersenweefselculturen kunnen wetenschappers nu in staat stellen om oorzaken te bestuderen en behandelingen te testen voor neurodegeneratieve ziekten zoals Parkinson.
Organen kweken – 2018
In recentere jaren is de regeneratieve geneeskunde snel vooruitgegaan en heeft de petrischaal een rol gespeeld bij het kweken van huidtransplantaten en organoïden. Organoïden zijn met name belangrijk voor de farmaceutische industrie omdat het effect van geneesmiddelen op individuele organen kan worden waargenomen en ze de noodzaak van dierproeven tenietdoen.
In mei 2018 bevestigden wetenschappers van de Oregon State University dat de vooruitgang in stamcelonderzoek betekent dat hele cellijnen of hele menselijke organen zeer binnenkort in petrischalen kunnen worden gekweekt.
In juli 2018 ontwikkelden bio-ingenieurs van de Harvard University in de VS een 3D-model van de linkerhartkamer van het menselijk hart, zodat ze onderzoek naar hartziekten konden doen en de effecten van een hartaanval in een petrischaaltje konden bestuderen.