研究人員呼吁改進(jìn)細(xì)胞培養(yǎng)環(huán)境條件的報(bào)告

2021年8 月 17 日——根據(jù)8 月 13 日發(fā)表在《自然生物醫(yī)學(xué)工程》上的評論，迫切需要改進(jìn)用于生物醫(yī)學(xué)研究的哺乳動物細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)的環(huán)境條件報(bào)告。

人類細(xì)胞系以懸浮方式或作為標(biāo)準(zhǔn)培養(yǎng)基中的細(xì)胞貼壁單層分批培養(yǎng)，用于高級組學(xué)研究和可視化技術(shù)。在過去的三年中，它們一直是生物醫(yī)學(xué)研究的主要方法。

細(xì)胞培養(yǎng)基提供關(guān)鍵的營養(yǎng)物質(zhì)、信號分子(即生長因子)和適當(dāng)?shù)臐B透條件，使細(xì)胞能夠茁壯成長。通常，氣體交換和溫度由培養(yǎng)箱控制。隨著細(xì)胞的生長，它們的新陳代謝涉及氣體的交換。

理論上，培養(yǎng)箱可用于可靠地模擬體內(nèi)發(fā)生的氣體交換，但傳統(tǒng)的細(xì)胞培養(yǎng)方法沒有考慮與大氣的活躍氣體交換，活的哺乳動物使用大氣交換來維持體內(nèi)平衡。

這種缺乏活躍的環(huán)境氣體交換可能會導(dǎo)致細(xì)胞微環(huán)境發(fā)生變化，例如酸化或脫氧。重要的是，這些偏差可能會損害細(xì)胞功能。

沙特阿拉伯阿卜杜拉國王科技大學(xué) (KAUST) 和美國索爾克生物研究所基因表達(dá)實(shí)驗(yàn)室的研究人員呼吁加強(qiáng)監(jiān)測、報(bào)告和干預(yù)，以控制培養(yǎng)參數(shù)并確保實(shí)驗(yàn)密切模仿生物生理學(xué)。這組作者說，這些努力將提高細(xì)胞培養(yǎng)在生物醫(yī)學(xué)研究中的可解釋性、實(shí)用性和可重復(fù)性。

KAUST 紅海研究中心的研究科學(xué)家 Shannon Klein 博士說：“我們的研究強(qiáng)調(diào)了科學(xué)家忽視監(jiān)測和控制細(xì)胞環(huán)境的程度，以及忽視報(bào)告使他們能夠得出科學(xué)結(jié)論的具體方法的程度。” ，在一份聲明中。

再現(xiàn)性

研究人員無法復(fù)制涉及體外細(xì)胞培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)是生物醫(yī)學(xué)研究中存在不可重復(fù)性問題的主要原因。許多出版物沒有報(bào)告測量細(xì)胞培養(yǎng)的環(huán)境條件。

該團(tuán)隊(duì)評估了 2014 年至 2019 年間發(fā)表的涉及哺乳動物細(xì)胞培養(yǎng)研究的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐?？偣矎?29,000 多篇論文中評估了 810 篇隨機(jī)選擇的論文。近 700 篇論文使用了 1,749 個(gè)單獨(dú)的細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)。

研究人員呼吁科學(xué)家報(bào)告、測量和控制細(xì)胞培養(yǎng)基中的環(huán)境條件。

該研究表明，迫切需要報(bào)告、測量和控制培養(yǎng)細(xì)胞的培養(yǎng)基的環(huán)境條件，這將提高科學(xué)家重現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的能力。圖片由 KAUST 提供。

分析顯示哺乳動物細(xì)胞培養(yǎng)過程中使用的環(huán)境條件報(bào)告不一致和不充分。超過三分之一的實(shí)驗(yàn)沒有報(bào)告所使用的培養(yǎng)系統(tǒng)，64% 使用分批培養(yǎng)系統(tǒng)，只有 1% 使用可以準(zhǔn)確測量和控制環(huán)境條件的生物反應(yīng)器或恒化器。

不到一半的實(shí)驗(yàn)報(bào)告了孵化溫度和二氧化碳百分比，而不到 10% 的實(shí)驗(yàn)列出了大氣氧含量，而不到 0.001% 的實(shí)驗(yàn)報(bào)告了培養(yǎng)基的 pH 值。

研究人員使用 PubMed 和 Google Scholar 進(jìn)行了不受限制的文獻(xiàn)搜索，發(fā)現(xiàn)只有六項(xiàng)研究測量了標(biāo)準(zhǔn)分批培養(yǎng)過程中的 pH、氧氣和二氧化碳條件。這六篇論文指出了環(huán)境條件可以改變文化結(jié)果的可能性。

“我們非常驚訝的是，研究人員在很大程度上忽視了在細(xì)胞培養(yǎng)的整個(gè)過程中維持與生理體相關(guān)的水平的環(huán)境因素，如培養(yǎng)酸度，盡管眾所周知這對細(xì)胞功能很重要，”說Samhan Alsolami，KAUST 博士生。

最佳實(shí)踐

作者建議可以使用市售系統(tǒng)監(jiān)測環(huán)境參數(shù)，包括帶有集成和可高壓滅菌傳感器的即用型細(xì)胞培養(yǎng)瓶。該團(tuán)隊(duì)表示，恒化器或灌注系統(tǒng)和先進(jìn)的生物反應(yīng)器系統(tǒng)雖然成本高昂，但可以提供最佳的環(huán)境控制能力，是維持長期培養(yǎng)和應(yīng)用的理想選擇。

“更好地報(bào)告、測量和控制細(xì)胞培養(yǎng)的環(huán)境條件應(yīng)該可以提高科學(xué)家重復(fù)和再現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的能力，”Alsolami 說。“更仔細(xì)的關(guān)注可以推動新的發(fā)現(xiàn)，并增加臨床前研究與人體的相關(guān)性。”

研究人員進(jìn)一步假設(shè)，改進(jìn)現(xiàn)有協(xié)議有助于將環(huán)境漂移限制在可接受的范圍或生理范圍內(nèi)。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，研究人員必須使用市售儀器開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)報(bào)告、控制和測量程序，這些儀器專門用于控制各種細(xì)胞類型和應(yīng)用的培養(yǎng)環(huán)境。

研究小組提議，資助機(jī)構(gòu)應(yīng)該調(diào)查環(huán)境因素對模型細(xì)胞系中普遍研究的生物反應(yīng)的影響。此外，期刊應(yīng)發(fā)布報(bào)告摘要(報(bào)告實(shí)踐的標(biāo)準(zhǔn)化聲明)，其中包含細(xì)胞培養(yǎng)環(huán)境控制的實(shí)踐標(biāo)準(zhǔn)。

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