血清微小差异将改变实验结果

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当阿拉斯泰尔·霍达布克斯在加州大学戴维斯分校的新实验室里试图制造肌肉纤维时，他发现了一些奇怪的事情:这些组织在抽搐。几年来，他一直用同样的老鼠克隆技术来培养纤维，但这些不同。与他在英国邓迪实验室开发的纤维相比，它们需要更多的葡萄糖和更少的蛋白质来促进更快的放松和更少的疲劳。Khodabukus认为这些差异是由于美国牛的不同繁殖方法造成的。

大多数大学实验室使用牛胎儿血清来培养细胞。饮食、地理位置、年龄、是否使用激素或抗体以及母牛胎儿的胎龄都会产生影响。FBS被用作培养基的补充，其可以影响人工组织的厚度，并且可以使产品模拟细胞活性，甚至影响表面受体对给定化合物的反应。

“FBS就像一片乌云笼罩在我们头上。我们不知道它是什么或不是什么。”Khodabukus说。

然而，血清只是研究者在研究细胞时需要考虑的众多因素之一。在去年举行的国家卫生研究院(NIH)细胞培养和再生研讨会上，生物制药公司吉利科学的癌症生物学家理查德·内夫担心研究人员会不知所措。"许多实验室面临许多问题。"

一般来说，相关研究中最基本的步骤是确保细胞的遗传一致性。此外，细胞行为还受到浓度、增殖速率、培养基、污染物和培养时间的影响。血清是细胞培养基中最常见的补充物，至少应该是一致的。一般来说，人的血清含有成千上万种不同的蛋白质和小分子。胎膜早破的复杂性相似，富含支持胎儿快速生长的物质。

致力于开发血清替代品的基本药物科学博物馆馆长亚当·埃尔霍夫说，在血清中，大多数细胞不直接接触血液，而是包裹在液体中。"血清还富含激素、生长因子和其他信号分子."

走向无血清

为了克服障碍，试剂公司开发了无血清培养基。科学家们也在寻求“生物技术”的应用，例如生产药用蛋白质和疫苗。然而，理解细胞对培养条件的微小变化非常敏感的干细胞研究人员对此也非常热情。

出于对一致性的关注和促进转化医学的愿望，越来越多的研究者开始关注如何治疗他们的细胞。MilliporeSigma研究部战略营销总监Ken Yoon表示，所有这些都在鼓励科学家远离血清。

然而，无血清培养基并不总是可行或实用的。“如果我们可以停止使用光纤光栅，并有更确定的东西，每个人都同意这是一个大问题。”国家综合医学研究所的Jon Lorsch说，“问题是这有多现实？我们不知道答案。”

大多数无血清剂型仅针对特定细胞类型或相关细胞系群体。例如，供应商为中国仓鼠卵巢提供无血清培养基。但是科学细胞实验室研发助理主任珍妮弗·韦尔泽-阿尔维斯指出，这些培养基并不适用于所有细胞类型:许多原始细胞在被去除后仍然需要血清来生长。"你所能做的一切来增加细胞并保持它们生长是必要的."她说。一些培养基需要增加至少2%的胎牛血清，低剂量的血清有助于降低变异性。

然而，普林森山的培养基顾问保罗·普莱斯指出，即使可行，许多研究人员也不想花时间或冒切断细胞血清供应的风险。"自1980年以来，人们一直说血清将成为历史，但它仍然流行."

此外，Khodabukus提到没有骨骼肌纤维的商业培养制剂。他花了两年时间修改配方，结合了几十种生长因子和其他信号分子。然而，当纤维的性质随着不同的血清而改变时，他的研究计划就被打乱了。“我计划将来花所有的时间研究这个领域。如果我成功了，我将能够在世界上的每个实验室使用它。”

不可抑制的血清

加州大学戴维斯分校的基思·巴尔(Keith Baar)曾是Khodabukus的博士后导师，他依靠一个更常见的解决方案:降低实验室温度来储存血清。当血清即将用完时，他将订购并检查至少4批供给品，观察由它们培养的细胞的效率，并找出与当前实验的最佳匹配。

然后买100瓶同样的血清。虽然这将花费他们实验室25，000美元，但这也意味着他们可以继续他们的实验，而不必花几个月测试更多的血清。科罗拉多大学的癌症生物学家马修·西科拉指出，不检测血清的研究人员可能会有麻烦。

西科拉利用乳腺癌细胞系来研究“弱雌激素”的作用。他买了木炭处理过的血清来去除胆固醇样激素和其他脂肪分子。然后他检查了血清中的细胞是否含有雌激素受体。如果血清中的激素能被有效去除，这些细胞的增殖效率应该是一致的。

去年，他和他的同事不得不停止实验6个月。当时，连续几批血清无法达到他们的实验目标。不同的激素能力“完全颠覆”了对癌症药物如何起作用的解释。西科拉相信血清中未知的变化可以解释为什么他和他的合作者不能得到一致的结果。

即使研究人员进行批量测试，他们也可能不知道要注意什么。但是橙色儿童医院的细胞和发育生物学家玛丽拉·西蒙说，研究人员总是需要小心。理论上，他们应该准备足够的血清来完成整个实验。如果使用新的一批血清，他们应该确保没有试剂变化，并且有足够的血清比较，以避免由于血清变化而产生奇怪的结果。

此外，污染也会扰乱实验。支原体是最阴险的破坏者之一。这种微小的细菌可以偷偷溜过灭菌器的边缘，抵抗各种抗生素。它能吞噬细胞营养，改变DNA和蛋白质合成。

传统的支原体检测需要数周时间，一些罕见的菌株仍然缺失。美国模式文化保存研究所标准化负责人伊冯·里德(Yvonne Reid)提到，基于聚合酶链反应(聚合酶链反应)的测试可以更快更准确地找到答案。

为了避免血清污染，一些研究人员也选择使用伽马射线。包括支原体在内的一些常见污染物对辐射非常敏感。但是辐射也会破坏蛋白质和生物活性分子的生长。许多供应商还提供经过伽马射线照射的血清。国际血清工业联合会也成立了一个工作组来测试这些血清的效果。

错误随处可见

细胞的物理环境具有深远的影响。波士顿韦斯研究所的研究人员发现，只有培养基的变形和流动才能改变细胞。不同品牌的实验器皿会向培养基中释放不同的化学物质，干扰细胞代谢研究。

经过仔细考虑，试剂的加入也能以意想不到的方式改变细胞代谢:抗生素能破坏线粒体活性。甚至实验室冰箱的玻璃门也会破坏研究，因为培养基中的一些化学物质对光非常敏感。此外，细胞在特定培养皿中的生长也是不同的。

在这些实验中，细胞本身成为最大的变量。英国伦敦大学学院的癌症研究员约翰·马斯特斯指出，没有简单快捷的方法来知道细胞是否符合要求。

美国犹他州的细胞培养顾问利兰·福斯特说，“实验室需要专业指导来远离这个变量。”他指出，最好由细胞培养专家来培养细胞，而不是由实习生来培养，实习生可以分辨出细胞是在微笑还是在皱眉。

细胞在快速生长或相对稳定阶段的反应是不一样的。如果它们在培养基中停留太长时间，将会发生其它变化并影响增殖。即使细胞的遗传一致性可以得到证实，细胞的其他重要特性也无法得到证实。

里德提到，由于太多的不确定性，研究人员需要一周或更长的时间来优化细胞生长，并在实验开始前总结生长曲线。生长曲线可以告知研究人员何时采集细胞以及何时检测细胞。

然而，重要的是，研究人员必须时刻保持警惕。"没有一套实验程序适合每个人."从未说过。但是忽视细胞的研究人员将会遇到更多的困难。“由于没有简单的质量控制，一些人失去了博士学位，失去了资金，甚至失去了工作多年。”马斯特斯说。(张张编)

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