体内外培养一致性差？除了3D细胞培养技术，这个方法一定不能错过！

2021-12-17 11:40

细胞培养是指将细胞从动物或植物体内取出，然后使其在受控的生化（营养，蛋白质）和物理（渗透压、氧张力、PH、温度、细胞附着基质等）条件下生长的过程。

在细胞生理学研究和药物功效及毒性评估上，细胞培养无疑是一种极具灵活性的实验系统，而实现这些应用的前提是体外培养细胞的表型能够真实地反映体内细胞状态。

随着科学家对于环境因素对细胞代谢影响的了解越来越深入，体外细胞建模技术也在飞速的发展中。例如，密封室可以允许细胞在更具生理相关性的氧张力水平下培养，当下炙手可热的3D细胞培养技术，就是通过建立强大的三维模型来重现原始组织的细胞异质性、结构和功能。然而，关于如何优化体外培养生化条件的研究却相对较少，这一领域，仍然由前几代开发的经典培养基所统治。

广泛使用的经典基础培养基（包括MEM、DMEM、RPMI 1640和DMEM/F12）是为了支持特定细胞类型的培养而开发的，而非模拟体内环境，其中包含的葡萄糖、氨基酸、维生素和盐浓度与人血浆大为不同。

那么，如何才能在体外细胞培养中，实现最具生理相关性的生化条件呢？为了解决这一难题，Gibco TM HPLM人血浆类似培养基便应运而生了。

Gibco HPLM人血浆类似培养基是一种新型配方培养基，旨在通过模拟人体内血浆成分来更好地模拟体内天然细胞环境。HPLM包含60多种极性代谢物，如氨基酸、核酸、糖和小分子有机酸，这些代谢物浓度与人血浆中的浓度相同，盐浓度也与人血浆中的盐浓度一致。通过模拟人血浆成分，HPLM使得研究人员能够在体外细胞培养中重现体内细胞环境，在增进对于细胞生物学和药理学研究的理解上有着巨大的潜力，目前已经在免疫学，肿瘤学及细胞代谢研究等相关领域得到了应用。

HPLM的优势

添加胎牛血清（FBS）后，与传统基础培养基相比，HPLM同样可以很好地支持细胞生长，维持细胞活性。大多数细胞系无需驯化适应即可直接从传统培养基过渡到HPLM。

• 生理相关 — 由60多种极性代谢物和盐配制而成，与人体内的天然细胞环境类似

• 文献支持 — HPLM配方在大量已发表的研究工作中得到使用

• 易于使用 — 添加FBS即可直接替代当前的培养基

HPLM的功能

HPLM可维持细胞形态

图1.Gibco HPLM可支持MCF7细胞培养。在DMEM（货号10566016）或添加10% FBS（货号A3840101）的人血浆类似培养基（HPLM，货号A4899101）中培养MCF7乳腺癌细胞。

图2.Gibco HPLM可支持HeLa细胞培养。在DMEM（货号11965092）或添加10% FBS（货号A3840101）的人血浆类似培养基（HPLM，货号A4899101）中培养HeLa人宫颈腺癌细胞。

图3.Gibco HPLM可支持LNCaP细胞培养。在RPMI 1640（货号61870036）或添加10% FBS（货号A3840101）的人血浆类似培养基（HPLM，货号A4899101）中培养LNCaP人转移性前列腺癌细胞。

HPLM可维持细胞生长

图4.Gibco HPLM中连续培养细胞的生长率和传统培养基具有可比性。肿瘤细胞系A549、HeLa、MCF7和THP-1在添加了10%FBS （货号A3840101）的DMEM（蓝色）或HPLM（红色，货号A489901）中生长5代。在每次传代结束时进行细胞计数，并用于计算每种培养物的平均细胞倍增时间。

HPLM可支持多种细胞生长

表1.在HPLM中成功培养的细胞类型

HPLM 产品信息

HPLM发表文献

应用领域：免疫学

1 、Human Plasma-like Medium Improves T Lymphocyte Activation
Leney-Greene MA, Boddapati AK, Su HC, Cantor JR, Lenardo MJ. iScience. 2020;23(1):100759.

细胞系：外周血单个核细胞（PBMC）、T淋巴细胞

研究目的：检测HPLM和RPMI对T淋巴细胞活化的影响

2、MTHFD2 is a Metabolic Checkpoint Controlling Effector and Regulatory T Cell Fate and Function

Sugiura A, Andrejeva G, Voss K, Heintzman DR, Beier KL, Wolf MM, Greenwood D, Ye X, Shahi SK, Freedman SN, Cameron AM, Foerch P, Bourne T, Xu X, Garcia-Canaveras JC, Mangalam AK, Rabinowitz JD, Rathmell JC. Immunity. 2021.

细胞系：原代人T细胞

研究目的：了解T细胞活化增殖及产生炎症细胞因子的代谢机制

3、Plasmacytoid dendritic cell activation is dependent on coordinated expression of distinct amino acid transporters
Katarzyna M. Grzes, David E. Sanin, Agnieszka M. Kabat, ..., Mario Fabri, Erika L. Pearce, Edward J. Pearce, Immunity, 2021

细胞系：从PBMC中分离的浆细胞样树突状细胞

研究目的：了解IL-3激活浆细胞样树突状细胞的机制

应用领域：肿瘤学

1 、Physiologic Medium Rewires Cellular Metabolism and Reveals Uric Acid as an Endogenous Inhibitor of UMP Synthase
Cantor JR, Abu-Remaileh M, Kanarek N, Freinkman E, Gao X, Louissaint Jr A, Lewis CA, Sabatini DM. Cell. 2017 Apr 6;169(2):258-272.

细胞系： K562、KMS12BM、NOMO1、P12 Ichikawa、SEM、SUDHL4、786-0、A549、MCF7、SW620、BJ、CLF-PED-015T、原发性急性髓系白血病细胞

研究目的：研究生理培养基对肿瘤细胞系培养的影响，这款生理培养基由氨基酸、盐和其他培养基中不常见的代谢物配制而成，旨在模拟人血浆成分

2 、CRISPR screens in physiologic medium reveal conditionally essential genes in human cells
Rossiter NJ, Huggler KS, Adelmann CH, Keys HR, Soens RW, Sabatini DM, Cantor JR.Cell Metab.2021;S1550-4131(21)00061-9.

细胞系： K562、MOLM-13、SUDHL4和NOMO1

研究目的：探究传统培养基及HPLM人血浆类似培养基成分对人肿瘤细胞中基因必需性的影响

3、Lineage-Specific Silencing of PSAT1 Induces Serine Auxotrophy and Sensitivity to Dietary Serine Starvation in Luminal Breast Tumors
Choi BH, Conger KO, Selfors LM, Coloff JL. bioRxiv 2020.06.19.161844.

细胞系和培养条件：人管腔型乳腺和基底样乳腺癌，HCC1 806、MCF7、MCF7-EMPTY、MCF7-PSAT1

研究目的：识别代谢基因表达的差异，这些差异可能造成治疗漏洞

4、Inhibiting both proline biosynthesis and lipogenesis synergistically suppresses tumor growth
Liu M, Wang Y, Yang C, Ruan Y, Bai C, Chu Q, Cui Y, Chen C, Ying G, Li B. J Exp Med. 2020 Mar 2;217(3):e20191226.

细胞系： HeLa、MDA-MB-231、MCF-7、A549、HepG2、8133、SKOV3和小鼠4T1细胞

研究目的：建立电子平衡模型，揭示缺氧条件下代谢重编程的化学机制

5 、Systematic alteration of in vitro metabolic environments reveals empirical growth relationships in cancer cell phenotypes
Kochanowski K, Sander T, Link H, Chang J, Altschuler SJ, Wu LF. Cell Reports. 2021 Jan 19;34,108647.

细胞系： PC9、A375、A549、SKBR3、HEK293T

目的：检测代谢环境对抗癌药物反应、细胞迁移和乳酸积累的影响

其他应用领域

1 、Mitochondrial NADP(+) is essential for proline biosynthesis during cell growth
Tran DH, Kesavan R, Rion H, Soflaee MH, Solmonson A, Bezwada D, Vu HS, Cai F, Phillips JA, DeBerardinis RJ, Hoxhaj G. Nat. Metab. 2021 Apr;3(4):571-585.

细胞系： HEK293E、HeLa、K562

研究目的：发现挽救NADK2缺陷细胞的氨基酸