生理相关细胞培养

早在1969年Shaw和佩斯报道说:“细胞耐受低O 2曝光(5%),**少20天,而连续暴露在7-10天后变性和死亡高O 2的气氛结果”(1)。 这些是**个实验中的一个,显示培养物中的细胞在缺氧中更好地存活,尽管没有立即构想解释。 在接下来的45年中,超过39,000篇文章已经发表,提供了关于细胞如何响应氧气可用性(PubMed)过多或短缺的详细数据。 在低氧可用性(缺氧)中培养细胞已经成为用于研究目的或用于药物测试过程的细胞培养中的标准程序,在常规细胞培养实验室中引入不同种类的缺氧生物反应器,缺氧室和复杂手套箱。 在干细胞的管理和再生医学应用中的进展,甚**提高培养在低氧条件下或在生理相关的氧张力 (2)的需要。 问题是氧是多少“生理相关”?
 
 
球状体缺氧评估
由于近期允许合并类型的细胞和基质分子容易球体文化设备的新多如牛毛,许多科学家都迷恋3D文化,称他们生理相关的文化 ,因为与单层培养相比,3D簇具有广泛的细胞间接触和细胞暴露在球核的细胞中具有**小O 2张力的氧张力的梯度。 

实际上,在规则的21%氧气中培养的球体细胞暴露于与在表面细胞层和中心内建立的扩散梯度相关的宽范围的氧气张力,这取决于球状体尺寸,细胞类型和单个氧每个细胞的消耗。 

在球体中,细胞反应是异质的,与特定地形位置(3)(4)的氧可用性进行衰变相关。 当3D培养物建立时,氧的量不是真正控制的。 显然,球体核心中的内部细胞将暴露于生理氧气张力,因为核心和壳体之间的细胞层将使可用氧量降低到生理水平。 但这只是对真理的一种粗略的方法; 包括在球状体中的每个细胞的可用氧气的量取决于球体的直径,其取决于包括在其中的细胞的数量和大小,细胞类型,每个细胞的细胞周期阶段和每个细胞的相对位置在球体。 球体表面(外壳)上的细胞暴露于环境氧合,并且核心中的细胞可暴露于宽范围的氧气张力(9)(10)。 只要介质具有150mmHg的氧气张力,取决于球状体直径和细胞类型,内部细胞可以如在传统2D培养物(烧瓶,盘子...)中过氧化或完全缺氧(死亡)(参见图1 )。 10,000个细胞或更小的球体中的每个细胞的平均氧气张力将是等于15%大气氧气(100mmHg)的**小值。 只有超过100,000个细胞球体将显示从外壳到核心中心的缺氧梯度(参见图1)。绿细胞氧张力在100和150mmHg之间,红细胞氧张力在15和100mmHg之间,暗细胞低于15mmHg) 。 因此,这些3D模型需要专家的注意,并且可以正确地读取细胞间表面相互作用,但在任何情况下都不代表生理平均氧气供应。 

缺氧室和生物反应器具有不同的质量和限制。 在生物学限制方面,没有支架或基质的简单2D细胞培养物没有广泛的细胞间表面接触,然而所有细胞暴露于相同的氧张力,并且预期均显示对氧张力的均匀的适应性反应。这显然是不重要的,但不是:生物学知识总是统计上产生的,基于对有限样本的统计分析的通用假设。 因此,均质样本提供更重要的统计数据,大样本比小样本提供更少的错误。 对于体外细胞生理学中氧可用性的兴趣在全世界的**近15年中已经增加,通过对由暴露于非大气量的氧所诱导的细胞变化的超过3000个研究(通过过量(高氧)或缺陷(缺氧),而在整个二十世纪发表的论文少于900篇。 

旧细胞培养标准忽略了递送**细胞的过量的氧,在暴露于常规21%氧气气氛的培养基中培养; 许多分子途径被忽略,直到**个实验进行(5)在人工大气中培养细胞,具有降低的氧,其显示由低可用性氧(6)(7)(8)触发的重要调节途径。 现在我们了解,用经典的细胞培养标准(21%氧气和5%CO 2)获得的许多研究结果可能是假象,因为过量的氧可下调某些基因并上调其他基因,甚**修饰分子相互作用结果。 

当生理相关文化的概念权利它需要考虑,在首位,氧的特定细胞可以需要的量,并且迫使预先知道该特定器官的生理氧条件。 通过知道体内细胞类型的生理氧气环境,在器官中,更容易设置在孵化器气氛中氧气的百分比试图在体外模拟真实组织环境。 
过量的烧瓶G
用精确的室获得的缺氧可以是任何特定活组织环境中平均细胞生理学的更准确和全面的例子。 环境氧气张力可以在这些室中精确设定,并且在几个小时内,细胞培养装置的培养基溶解代表生理环境的氧的量,使所有培养的细胞暴露于均匀的氧气张力。 

有不同的文件透露特殊器官细胞中的氧气张力的水平,器官的生理状态,甚**器官的详细位置(见附表)。基于这些数据,2D中的细胞培养物可以在具有控制水平的溶解氧(DO)的培养基中生长,维持真正的生理氧合。 这些腔室的局限性在于,实际上所有使用固定预设水平的氧气都是麻烦的,并且肯定是繁琐的处理。 为了改善这种技术自主控制的生理缺氧钱伯斯已创建(的可操作性,努力PetakaG3 LOT )。 这些室小于微量滴定板,被设计成保持氧气供应的精确度,没有电子器件,电线,管道或气体罐,并且促进在标准培养箱中维持的数百万细胞的培养物中的真实生理氧合的发展。 这些生理性低氧病房的一个非常重要的优点是,从不允许在0和5000英尺高度内的缺氧,因此只要培养基含有必需的营养素,细胞仍然存活,因为一旦培养基达到所需的DO的**低水平通过特定细胞类型,自动地可忽略的大气新氧的扩散流进入细胞培养室,保持**小溶解氧水平恒定在小于2%波动(±≈0.5mmHg)内。 这允许准确的癌症实验,准备数百万肿瘤细胞培养在均质生理缺氧,因为肿瘤在体内。 在这些室中培养的细胞在这些精确条件下可以转移到高通量测试程序或注射到动物中用于体内评价肿瘤发生和转移。 

重要的是考虑极端缺氧,例如培养箱中的1%氧气有效地触发独立于细胞类型的HIF应答,但不对应于氧气的真实生理水平,仅对应于动物的假意外窒息。 在所有公开的数据中,肿瘤或正常组织(甚**缺氧)中的氧的**低水平在培养箱中从不低于9.8mmHg或等效1.4%,例如骨髓中的髓质胸腺和造血干细胞小基因(11) 。 正常和肿瘤组织中的平均生理氧环境为约31mmHg(相当于培养箱中的4.35%氧)。 胚泡中的氧水平为约24mmHg(相当于培养箱中的3.5%氧)。 然而,如果孵化器中的1%氧气不模仿生理环境,则在21%常规大气中的经典,顽固和无思想孵化更糟,在**佳情况下,在**高生理水平(喂养乳腺)100%在乳腺癌细胞和中心肝细胞的情况下超过生理水平的1000%(参见表的黑色列)。 

经典细胞培养物和真实生理组织之间的生理呼吸条件的巨大差异表明,在高氧细胞培养物中发现的主要细胞调节分子途径应当诚实地修改在生理条件下培养细胞。 

**近细胞培养装置正在改进(即芯片),其促进更接近生理现实的组织结构的部分体外再生,除了大小限制,这些是真实的生理体外再生的几个模型(12)(13)。 这些技术的进步越来越多,方法越来越有趣。

WWW.YIHENG17.COM.CN Corporation of China 2010上海一恒二氧化碳培养箱生化培养箱CO2培养箱恒温培养箱电热恒温鼓风干燥箱 公司简介 联系我们

客服电话
  • 0575-82136325
  • 15157563004