研究人員呼吁改進細胞培養(yǎng)環(huán)境條件的報告

2021年8 月 17 日——根據(jù)8 月 13 日發(fā)表在《自然生物醫(yī)學工程》上的評論，迫切需要改進用于生物醫(yī)學研究的哺乳動物細胞培養(yǎng)實驗的環(huán)境條件報告。

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

細胞培養(yǎng)基提供關鍵的營養(yǎng)物質(zhì)、信號分子(即生長因子)和適當?shù)臐B透條件，使細胞能夠茁壯成長。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致細胞微環(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胞功能。

沙特阿拉伯阿卜杜拉國王科技大學 (KAUST) 和美國索爾克生物研究所基因表達實驗室的研究人員呼吁加強監(jiān)測、報告和干預，以控制培養(yǎng)參數(shù)并確保實驗密切模仿生物生理學。這組作者說，這些努力將提高細胞培養(yǎng)在生物醫(yī)學研究中的可解釋性、實用性和可重復性。

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

再現(xiàn)性

研究人員無法復制涉及體外細胞培養(yǎng)的實驗是生物醫(yī)學研究中存在不可重復性問題的主要原因。許多出版物沒有報告測量細胞培養(yǎng)的環(huán)境條件。

該團隊評估了 2014 年至 2019 年間發(fā)表的涉及哺乳動物細胞培養(yǎng)研究的實驗實踐。總共從 29,000 多篇論文中評估了 810 篇隨機選擇的論文。近 700 篇論文使用了 1,749 個單獨的細胞培養(yǎng)實驗。

研究人員呼吁科學家報告、測量和控制細胞培養(yǎng)基中的環(huán)境條件。

該研究表明，迫切需要報告、測量和控制培養(yǎng)細胞的培養(yǎng)基的環(huán)境條件，這將提高科學家重現(xiàn)實驗結(jié)果的能力。圖片由 KAUST 提供。

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

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

研究人員使用 PubMed 和 Google Scholar 進行了不受限制的文獻搜索，發(fā)現(xiàn)只有六項研究測量了標準分批培養(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略了在細胞培養(yǎng)的整個過程中維持與生理體相關的水平的環(huán)境因素，如培養(yǎng)酸度，盡管眾所周知這對細胞功能很重要，”說Samhan Alsolami，KAUST 博士生。

最佳實踐

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胞培養(yǎng)瓶。該團隊表示，恒化器或灌注系統(tǒng)和先進的生物反應器系統(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)和應用的理想選擇。

“更好地報告、測量和控制細胞培養(yǎng)的環(huán)境條件應該可以提高科學家重復和再現(xiàn)實驗結(jié)果的能力，”Alsolami 說。“更仔細的關注可以推動新的發(fā)現(xiàn)，并增加臨床前研究與人體的相關性。”

研究人員進一步假設，改進現(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)。為實現(xiàn)這一目標，研究人員必須使用市售儀器開發(fā)標準報告、控制和測量程序，這些儀器專門用于控制各種細胞類型和應用的培養(yǎng)環(huán)境。

研究小組提議，資助機構(gòu)應該調(diào)查環(huán)境因素對模型細胞系中普遍研究的生物反應的影響。此外，期刊應發(fā)布報告摘要(報告實踐的標準化聲明)，其中包含細胞培養(yǎng)環(huán)境控制的實踐標準。

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