細(xì)胞培養(yǎng)是大多數(shù)生物學(xué)和生物醫(yī)學(xué)研究的重要組成部分。在轉(zhuǎn)向動(dòng)物模型之前，許多實(shí)驗(yàn)都是在體外培養(yǎng)中進(jìn)行的。細(xì)胞培養(yǎng)和更復(fù)雜的適應(yīng)，如3D 培養(yǎng)，也可能會(huì)變得更加重要，因?yàn)槿藗冋谂膭?lì)動(dòng)物研究的替代方案。細(xì)胞培養(yǎng)平臺(tái)用于遺傳篩選、藥物篩選、成像和傳感應(yīng)用以及報(bào)告分析，既用于已建立的細(xì)胞系，也用于動(dòng)物或患者來源的原代培養(yǎng)。

細(xì)胞培養(yǎng)物也可用于深入了解疾病機(jī)制，例如源自患者的誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞 (iPSC)。iPSC 可以分化成特定的細(xì)胞類型，例如神經(jīng)元、神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞或肌肉細(xì)胞，它們具有患者疾病的遺傳背景，并可作為研究病理生理學(xué)的模型。這對(duì)于不確定遺傳病因的散發(fā)性疾病特別有用，例如神經(jīng)退行性疾病，其通常包括家族性和散發(fā)性形式，例如阿爾茨海默氏病、肌萎縮性側(cè)索硬化癥。

除了它們的研究應(yīng)用外，細(xì)胞培養(yǎng)物還是再生醫(yī)學(xué)、細(xì)胞療法和生物治療生產(chǎn)的主力軍的材料來源。潛在地，干細(xì)胞和 iPSC 可以分化成特定器官的細(xì)胞，構(gòu)建成組織，并用于移植。然而，大多數(shù)干細(xì)胞在再生醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用仍處于臨床前階段，只有少數(shù)臨床應(yīng)用，這在很大程度上是由于缺乏符合監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)量控制措施。

在細(xì)胞培養(yǎng)的各個(gè)方面，無論是研究還是醫(yī)學(xué)應(yīng)用，實(shí)施適當(dāng)?shù)馁|(zhì)量控制以確保高標(biāo)準(zhǔn)至關(guān)重要。質(zhì)量控制措施涵蓋與所有細(xì)胞培養(yǎng)相關(guān)的廣泛適用實(shí)踐，例如避免污染的良好實(shí)驗(yàn)室實(shí)踐，以及針對(duì)專門應(yīng)用的更具體實(shí)踐，例如再生醫(yī)學(xué)中的干細(xì)胞。

細(xì)胞培養(yǎng)的良好“管家”做法

鑒于它們對(duì)研究的重要性，實(shí)驗(yàn)室必須進(jìn)行質(zhì)量控制并采用最佳實(shí)踐來避免培養(yǎng)物污染。最佳做法包括在層流罩的專用培養(yǎng)室中工作，將窗框固定在適當(dāng)?shù)奈恢?，?duì)工作表面進(jìn)行消毒，以及戴上手套和口罩。未檢測(cè)到的污染，例如支原體或污染細(xì)胞類型，可能會(huì)干擾實(shí)驗(yàn)，導(dǎo)致誤導(dǎo)或有偏見的結(jié)果，從而浪費(fèi)資源和時(shí)間?！皩?shí)驗(yàn)室或機(jī)構(gòu)可以實(shí)施政策來減輕污染并防止錯(cuò)誤識(shí)別細(xì)胞培養(yǎng)物的問題，” Matthew D. Hall解釋說，美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院國(guó)家轉(zhuǎn)化科學(xué)推進(jìn)中心 (NCATS) 臨床前創(chuàng)新部早期翻譯分部主任。在最近的一篇論文中，Hall 分享了 NCATS 降低支原體感染細(xì)胞系樣本百分比的成功故事。

“我們開始測(cè)試的第一年，大約 13% 的培養(yǎng)物測(cè)試呈陽性，這與文獻(xiàn)污染率相當(dāng)。然而，在我們實(shí)施定期測(cè)試計(jì)劃后，到第五年陽性率下降到僅 3% 左右，”Hall 總結(jié)了 NCATS 的協(xié)議。“我們成功的方法是多層次的。首先，我們只接受合作者提供的經(jīng)無支原體認(rèn)證的細(xì)胞系. 我們?cè)谑盏絺魅氲募?xì)胞系后自行確認(rèn)。其次，我們每月測(cè)試所有活躍的培養(yǎng)物，或在從冷凍儲(chǔ)存液中解凍后測(cè)試。第三，這對(duì)于昂貴的高通量篩選極其重要，在啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)之前立即測(cè)試預(yù)期的細(xì)胞系。您希望確定高通量篩選將產(chǎn)生高質(zhì)量的結(jié)果，不受支原體的干擾?！?

不幸的是，即使實(shí)施了良好的支原體監(jiān)測(cè)方案，污染仍然會(huì)發(fā)生。在這些情況下，NCATS 會(huì)立即破壞陽性細(xì)胞系并測(cè)試備用小瓶。如果備用小瓶也檢測(cè)呈陽性，它們同樣會(huì)被銷毀?！叭绻覀冋也坏轿词芪廴镜膸?kù)存，我們確實(shí)有針對(duì)非常有價(jià)值或稀有品系的補(bǔ)救方案。我們?cè)诮M織培養(yǎng)室外的專用培養(yǎng)箱中隔離這些有價(jià)值的污染培養(yǎng)物，并啟動(dòng)纖溶酶治療，”霍爾解釋道。“一旦纖溶酶方案完成，我們就會(huì)對(duì)修復(fù)后的培養(yǎng)物進(jìn)行幾次測(cè)試，以確保它是干凈的。我們測(cè)試了兩次，因?yàn)榭赡軙?huì)出現(xiàn)感染反彈。我們還檢查細(xì)胞的行為是否與纖溶酶之前一樣，以驗(yàn)證處理不會(huì)影響培養(yǎng)物的特性。我們還與原始實(shí)驗(yàn)室分享去污和無支原體的培養(yǎng)物?！?

除了支原體檢測(cè)外，NCATS 還將驗(yàn)證細(xì)胞系身份作為其細(xì)胞培養(yǎng)質(zhì)量控制措施的一部分。這是通過短串聯(lián)重復(fù)(STR) 分析完成的，它用作細(xì)胞來源的指紋。“有許多關(guān)于轉(zhuǎn)換細(xì)胞系的警示故事，我認(rèn)為HeLa是最著名的污染細(xì)胞系之一，”Hall 警告說?！盀楸苊膺@種情況，我們還決定實(shí)施 STR 來驗(yàn)證大多數(shù)傳入的細(xì)胞系。自從我們開始 STR 測(cè)試以來，我們只在我們檢查的 186 個(gè)細(xì)胞系中發(fā)現(xiàn)了 5 個(gè)錯(cuò)誤識(shí)別的細(xì)胞系?！?

NCATS 的經(jīng)驗(yàn)表明，良好的監(jiān)測(cè)方案對(duì)于降低支原體污染培養(yǎng)物的數(shù)量和防止使用錯(cuò)誤識(shí)別的細(xì)胞系的可行性和有效性?！拔覀?cè)?NCATS 的首要原則很簡(jiǎn)單。我們認(rèn)為，如果可以防止因使用受污染或錯(cuò)誤識(shí)別的培養(yǎng)物而導(dǎo)致的大規(guī)模錯(cuò)誤，那么定期和頻繁地花費(fèi)相對(duì)少量的努力是值得的。一個(gè)大的錯(cuò)誤最終可能會(huì)花費(fèi)更多的時(shí)間和精力，甚至可能會(huì)誤導(dǎo)研究方向，”霍爾總結(jié)道。