干細胞是一類具有無限的或者永生的自我更新能力的細胞、能夠產生至少一種類型的、高度分化的子代細胞 [1]。干細胞被認為可以提供一種理想的生物學平臺, 用于多方面的科學研究與臨床應用, 如藥物篩選平臺的建立、細胞發育與分化的分子調節機制研究、基因靶向敲除動物模型的構建、組織工程種子細胞及基因治療載體的建立、細胞治療及再生醫學等 [2]。
干細胞研究離不開干細胞的培養。合格的干細胞培養的過程,包括促進其分裂增殖和維持其未分化狀態。基于以上兩點要求,目前主流的標準培養方法為飼養層培養法:即在有絲分裂失活的飼養層細胞 (FEEDER) 上培養干細胞。培養體系一般為高糖 DMEM,添加適量的胎牛血清 (FBS) 及白血病抑制因子 (LIF)、L-谷氨酰胺等添加劑。另外,為了避免外源性物質的干擾(如血清、病原等成分)[3],又嘗試及建立了其他培養基, 包括條件培養基 (CM) 、無飼養層、無血清、血清替代物 (SR) 非條件培養基等。其中無血清培養基中添加了更多珍貴的細胞因子,而血清替代物培養基則采用人工/半人工合成分子替代物的形式,來替代血清,成本相較于普通胎牛血清*培養基而言,高出不少。
一、飼養層培養法
目前認為,飼養層能夠提供的干細胞接觸所必須的復雜蛋白分子。自 1981 年 EVANS 等人 [4] 用飼養層成功培養了 mESC 起,飼養層培養法便開始不斷發展。實驗過程,主要分為以下三步:準備飼養層細胞、飼養單層制備、接種干細胞培養。
飼養層培養法卻存在著不可避免的缺點:
1、飼養層細胞生命期有限,不能在體外長期傳代。在體外傳代時間太長,其產生促增殖因子和抑制分化因子的能力會減弱甚至喪失。
2、MEF 細胞的染色體干擾:飼養層細胞會影響干細胞遺傳物質。 /3、絲裂mei素-C 的影響:飼養層細胞需要用到絲裂mei素-C,該物質可能會影響干細胞的增殖。
3、異種抗原及污染的影響:飼養層細胞作為異種抗原也會影響干細胞的健康,還有發生細胞間融、引入其他動物源性病原體,給臨床移植治療帶來風險。
4、所用試劑復雜,批次不可控:所用材料的批次之間的波動,限制了培養物之間的可重復性。
5、實驗周期長,培養基配制復雜:現在市場上有多種多樣的干細胞培養基可供選擇,大多數都是在基礎培養基的基礎上,添加例如白血病抑制因子(LIF)[6] 這樣的多功能細胞因子,但無論進口還是國產的產品,都不免有價格高昂的缺點。而自己配制,又會面臨操作繁瑣、易污染等問題。而且飼養層培養發從培養飼養細胞開始,至少需要一周時間才能得到所需的干細胞,周期過長。
二、無飼養層培養
無飼養層培養類似普通細胞培養,主要分為以下幾個步驟:培養瓶預處理、配制培養基、消化干細胞、接種、培養。
相較于飼養層培養法,無飼養層培養法的優點顯而易見:更加簡便、節省時間;但缺點也十分明顯:
1、培養的細胞質量不穩定:由于自行配制的培養基,不可控因素較多,缺少營養細胞對的存在,干細胞生長狀況也不穩定,直接影響實驗結果。
2、成本高昂:商品化的培養基,根據品質不同,價格也是從幾百元到幾千元不等,直接增加了干細胞的培養成本。
3、需要不斷對培養基進行調整,對實驗人員有很高的要求:無飼養層培養法需要人為添加各種各樣的細胞因子,不同的干細胞還需要進行細微的調整以適應不同的生長需求,因此培養難度更高,對技術人員的操作水平及經驗有很高的要求
三、干細胞*培養基培養法
我們都知道,一直以來,干細胞的培養方法被飼養層培養法和無飼養層培養法所「統治「,近日,一項新技術——干細胞*培養基培養法問世!這項重大突破,兼顧了上述兩種培養法的優點又巧妙規避了它們的致命缺點,大大降低了干細胞培養的技術門檻!
干細胞*培養基是一種真正意義上的全新干細胞培養技術!在含微量胎牛血清的基礎培養基中,通過添加一種人永生化干細胞系的條件培養基混合組成。干細胞*培養基含有多種促進細胞增殖的生長因子,如表皮生長因子(EGF)、成纖維細胞生長因子(FGF)、神經細胞生長因子(NGF)、肝細胞生長因子(HGF)、腦源性神經營養因子(BDNF)、血小板衍生生長因子(PDGF)、血管內皮生長因子(VEGF)、轉化生長因子(TGF)及干細胞分化抑制因子等。因此,干細胞*培養基具有促進干細胞增殖、抑制干細胞分化及維持干細胞表型,增加干細胞的傳代次數的作用,可廣泛應用于人及動物的胚胎干細胞、間充質干細胞及各種組織來源的成體干細胞的培養。
由于人永生化干細胞系的使用,使得干細胞*培養基無需額外添加細胞因子或其他人工合成促生長成分,因此,相較于其他商品化的干細胞培養基、干細胞培養 Kit、無血清培養基、血清替代物 (SR) 非條件培養基等產品,用干細胞*培養基進行實驗,成本相對更低,但效果卻是更上一層樓。
縱觀整個干細胞培養基市場,能同時滿足以上幾個條件的產品可以說是鳳毛麟角。而 Ausbian 干細胞*培養基則是其中的優秀代表,讓實驗者可以輕松上手,各種干細胞培養都變得小菜一碟!
首先,Ausbian 干細胞*培養基擁有與眾不同的技術,使得培養基本身就含有豐富的細胞因子,其中包含了所有含有促進干細胞生長和抑制干細胞分化的各種因子,因此能夠有效維持干細胞的干性,抑制干細胞的分化。
其次,無需額外添加和二次配制,更省去了體現制備飼養層的復雜操作,根據細胞生長情況每 2-3 天更換一次培養基。這在無形之中減少了細胞培養的實驗步驟,熟悉細胞實驗的小伙伴應該都知道,實驗步驟越簡潔,不可控因素也就越少,實驗出錯的概率也會更低,因此,使用干細胞*培養,使實驗更簡單,可以大大縮短時間成本;培養的干細胞品質更穩定,對實驗人員技術要求也更低,節省人力成本,輕輕松松讓干細胞茁壯成長。
不僅如此,因為少了飼養細胞的干擾,也沒有絲裂mei素-C 等物質的添加,所以用 Ausbian 干細胞*培養基能夠收獲純度更高、遺傳物質更穩定的干細胞。
在培養細胞有效性方面,許多科研人員對其進行了評估:培養間充質干細胞可以細胞傳代次數 8-10 次、培養成體干細胞可以使細胞的增殖速率增加 300%,實驗數據真實可靠。
1. 人成體干細胞(3 代)增殖實驗:CCK8 分析
2. 人間充質干細胞(3 代)增殖實驗:CCK8 分析
3. 細胞傳代次數:
Ausbian 干細胞*培養基另外一項革命性的突破在于,可廣泛應用于人及動物的胚胎干細胞、間充質干細胞及各種組織來源的成體干細胞的培養,省去了更換細胞時反復調試培養基的繁瑣步驟,很高的普適性進一步降低了人力、物力以及時間成本。
說完有效性再來看看安全性。Ausbian 干細胞*培養基均經過嚴格的質量檢驗,無論是支原體還是衣原體檢測均為陰性,無農藥污染及重金屬超標,同時還進行了放射性照射,確保培養基無任何病原體及病毒污染,確保內毒素極低,為干細胞提供一個安全健康的生長環境。
最后要說明的是,Ausbian 干細胞*培養基是我國的科學家自主研發的,其中制備的永生化人干細胞系為具有獨te性,制備產品所使用的永生化人干細胞系國內同類產品,貨源充足,供貨穩定,供貨周期短,保證干細胞生長過程中不會出現「斷糧」的情況,讓實驗者更安心!
參考文獻:
裴雪濤.干細胞生物學:科學出版社,2003:4-15
吳靜,胡東,張榮波.胚胎干細胞培養方法研究進展[J].廣東醫學,2010,31(01):116-118.
J.A. Burdick, G. Vunjak-Novakovic Engineered microenvironments for controlled stem cell differentiation Tissue Eng. Part A, 15 (2009), pp. 205-219
Evans MJ, Kaufman MH. Establishment in culture of pluripotential cells from mouse embryos. Nature. 1981 Jul 9;292(5819):154-6. doi: 10.1038/292154a0. PMID: 7242681.
田小利,陳蘭英,扈萊良. 1994. 轉基因方法Ⅱ:胚胎干細胞法. 轉基因動物原理、技術與應用. 吉林科技出版社, 26~32
Williams RL, Hilton DJ, Pease S. 1988. Myeloid leukaemia inhibitory factor maintains the developmental potential of embryonic stem cells. Nature, 336: 684~687