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细胞培养发展史中你不知道的那些冷知识

2020-04-07

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细胞培养作为不可或缺的工具，从20世纪出现至今经历了巨大的变化。从60多年前基础培养基DMEM的诞生到今天细胞培养成为生物医药、组织工程和再生医学主流研究中不可或缺的部分，难以想象，如果没有了细胞培养技术，生命科学研究将会是什么样子。让我们通过下面6个冷知识为您展现细胞生物学的过去，现在和未来。

个永生细胞系HeLa是在供主不知情的情况下获得的

Henrietta Lacks和她的丈夫

株的人源细胞系HeLa，是1951年从患有宫颈癌的非裔美国女性Henrietta Lacks的肿瘤活体组织获得的。然而在1975年之前，对于肿瘤组织和该细胞系的获取和使用，她本人或家人并不知情。这件事引起了生物医药研究中，对病人隐私和权益的担忧。直到2013年，Henrietta Lacks去世的60多年后，NIH和她的后人才达成了对HeLa细胞系及其基因组信息的使用协议[1]。

培养基历史：个现代培养基诞生于60年前

1950年由J.F. Morgan研发的Medium 199是更早用于培养哺乳动物细胞的合成培养基之一[2]。Medium 199不含动物源成分且化学限定，是疫苗生产的理想培养基，让1955年小儿麻痹症疫苗的大规模生产成为可能。9年后，Harry Eagle发明的minimum essential medium (MEM)培养基才问世[3]。

科学家利用全能干细胞成功在体外培育出人脑类器官

2013年《自然》杂志上发表了一个突破性研究成果，Madeleine Lancaster博士和她的团队利用人体全能干细胞、三维支架和生物旋转仪，成功在体外培养出了类人脑器官，又叫做“迷你脑”。这些类器官含有不同的神经细胞，而且结构和哺乳动物的大脑相似[4]。该团队在2018年更是通过引入致癌的基因突变，成功在“迷你脑”中诱导出了肿瘤[5]。该发现为干细胞治疗相关研究带来了更多可能性。

图1：利用全能干细胞在体外长出“迷你脑”的实验流程图[4]。

以色列研究人员利用病人脂肪组织成功3D打印出人的心脏

2019年的4月，以色列特拉维夫大学的Tal Dvir 和他的团队从病人身上获得网膜活体组织，然后利用3D打印技术成功构建了含有血管可灌注的心脏组织。这个心脏虽然不能跳动，大小也只有兔子心脏的大小，但是它的解剖学结构，免疫学特性，生物化学特性等都是和供主的一致的。该研究把心脏疾病治疗的研究向前推进了一大步[6]。

图2：利用3D打印心脏组织的实验流程图[6]。

过冷方法可以延长人类器官保存时间

更近在Nature Biotechnology上的一个研究，阐述了一种新的过冷方法可以把人的肝脏保存在-4℃但不会产生结冰。该研究使器官在体外的保存时间从12小时延长到了27小时，为需要肝脏移植的病人带来了更多的希望[7]。

3D细胞培养市场价值到2021年或将达到40亿美金

根据BBC调查，全球3D细胞培养市场在2016年的价值约等于十亿美元，预计到了2021年会翻接近四倍，平均每年增长约三成。研发部门的投入和科技的快速发展成为了3D细胞培养快速增长的主要动力[8]。

1990年成立于德国海德堡的PromoCell, 过去30年来见证了细胞生物学的发展，拥有丰富的细胞培养经验，不遗余力为广大科研工作者带来更优质的产品和服务。在众多细胞生物学实验产品当中，原代细胞培养基更是PromoCell近30年经验的精华。

PromoCell原代细胞培养基类型

内皮细胞培养基/上皮细胞/间充质干细胞/巨噬细胞/造血干细胞/单核细胞培养基/DC细胞/心肌细胞/平滑肌细胞/骨骼肌细胞/软骨细胞/成纤维细胞/黑色素细胞/成骨细胞/周细胞/前体脂肪细胞等。

PMC可提供的原代细胞。

Reference:

[1] Nature 500, 132–133 (08 August 2013) doi:10.1038/500132a

[2] Morgan, J. F., Morton, H. J., & Parker, R. C. (1950). Nutrition of Animal Cells in Tissue Culture. I. Initial Studies on a Synthetic Medium.,. Proceedings of the Society for Experimental Biology and Medicine, 73(1), 1–8. https://doi.org/10.3181/00379727-73-17557

[3] Eagle, Harry. "Amino acid metabolism in mammalian cell cultures." Science 130.3373 (1959): 432-437.

[4] Lancaster MA, Renner M, Martin CA, et al. Cerebral organoids model human brain development and microcephaly. Nature. 2013;501(7467):373–379. doi:10.1038/nature12517

[5] Bian S, Repic M, Guo Z, et al. Genetically engineered cerebral organoids model brain tumor formation [published correction appears in Nat Methods. 2018 Sep;15(9):748]. Nat Methods. 2018;15(8):631–639. doi:10.1038/s41592-018-0070-7

[6] Noor, N., Shapira, A., Edri, R., Gal, I., Wertheim, L., Dvir, T., 3D Printing of Personalized Thick and Perfusable Cardiac Patches and Hearts. Adv. Sci. 2019, 6, 1900344. https://doi.org/10.1002/advs.201900344

[7] de Vries, R.J., Tessier, S.N., Banik, P.D. et al. Supercooling extends preservation time of human livers. Nat Biotechnol 37, 1131–1136 (2019). https://doi.org/10.1038/s41587-019-0223-y

[8] https://www.bccresearch.com/market-research/biotechnology/3d-cell-culture-technologies-markets-report.html

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