细胞培养——良好实践和先进方法

细胞培养是大多数生物学和生物医学研究的重要组成部分。在转向动物模型之前，许多实验都是在体外培养中进行的。细胞培养和更复杂的适应，如3D 培养，也可能会变得更加重要，因为人们正在努力鼓励动物研究的替代方案。细胞培养平台用于遗传筛选、药物筛选、成像和传感应用以及报告分析，既用于已建立的细胞系，也用于动物或患者来源的原代培养。

细胞培养物也可用于深入了解疾病机制，例如源自患者的诱导性多能干细胞 (iPSC)。iPSC 可以分化成特定的细胞类型，例如神经元、神经胶质细胞或肌肉细胞，它们具有患者疾病的遗传背景，并可作为研究病理生理学的模型。这对于不确定遗传病因的散发性疾病特别有用，例如神经退行性疾病，其通常包括家族性和散发性形式，例如阿尔茨海默氏病、肌萎缩性侧索硬化症。

除了它们的研究应用外，细胞培养物还是再生医学、细胞疗法和生物治疗生产的主力军的材料来源。潜在地，干细胞和 iPSC 可以分化成特定器官的细胞，构建成组织，并用于移植。然而，大多数干细胞在再生医学中的应用仍处于临床前阶段，只有少数临床应用，这在很大程度上是由于缺乏符合监管标准的质量控制措施。

在细胞培养的各个方面，无论是研究还是医学应用，实施适当的质量控制以确保高标准至关重要。质量控制措施涵盖与所有细胞培养相关的广泛适用实践，例如避免污染的良好实验室实践，以及针对专门应用的更具体实践，例如再生医学中的干细胞。

细胞培养的良好“管家”做法

鉴于它们对研究的重要性，实验室必须进行质量控制并采用最佳实践来避免培养物污染。最佳做法包括在层流罩的专用培养室中工作，将窗框固定在适当的位置，对工作表面进行消毒，以及戴上手套和口罩。未检测到的污染，例如支原体或污染细胞类型，可能会干扰实验，导致误导或有偏见的结果，从而浪费资源和时间。“实验室或机构可以实施政策来减轻污染并防止错误识别细胞培养物的问题，” Matthew D. Hall解释说，美国国立卫生研究院国家转化科学推进中心 (NCATS) 临床前创新部早期翻译分部主任。在最近的一篇论文中，Hall 分享了 NCATS 降低支原体感染细胞系样本百分比的成功故事。

“我们开始测试的第一年，大约 13% 的培养物测试呈阳性，这与文献污染率相当。然而，在我们实施定期测试计划后，到第五年阳性率下降到仅 3% 左右，”Hall 总结了 NCATS 的协议。“我们成功的方法是多层次的。首先，我们只接受合作者提供的经无支原体认证的细胞系. 我们在收到传入的细胞系后自行确认。其次，我们每月测试所有活跃的培养物，或在从冷冻储存液中解冻后测试。第三，这对于昂贵的高通量筛选极其重要，在启动实验之前立即测试预期的细胞系。您希望确定高通量筛选将产生高质量的结果，不受支原体的干扰。”

不幸的是，即使实施了良好的支原体监测方案，污染仍然会发生。在这些情况下，NCATS 会立即破坏阳性细胞系并测试备用小瓶。如果备用小瓶也检测呈阳性，它们同样会被销毁。“如果我们找不到未受污染的库存，我们确实有针对非常有价值或稀有品系的补救方案。我们在组织培养室外的专用培养箱中隔离这些有价值的污染培养物，并启动纤溶酶治疗，”霍尔解释道。“一旦纤溶酶方案完成，我们就会对修复后的培养物进行几次测试，以确保它是干净的。我们测试了两次，因为可能会出现感染反弹。我们还检查细胞的行为是否与纤溶酶之前一样，以验证处理不会影响培养物的特性。我们还与原始实验室分享去污和无支原体的培养物。”

除了支原体检测外，NCATS 还将验证细胞系身份作为其细胞培养质量控制措施的一部分。这是通过短串联重复(STR) 分析完成的，它用作细胞来源的指纹。“有许多关于转换细胞系的警示故事，我认为HeLa是最著名的污染细胞系之一，”Hall 警告说。“为避免这种情况，我们还决定实施 STR 来验证大多数传入的细胞系。自从我们开始 STR 测试以来，我们只在我们检查的 186 个细胞系中发现了 5 个错误识别的细胞系。”

NCATS 的经验表明，良好的监测方案对于降低支原体污染培养物的数量和防止使用错误识别的细胞系的可行性和有效性。“我们在 NCATS 的首要原则很简单。我们认为，如果可以防止因使用受污染或错误识别的培养物而导致的大规模错误，那么定期和频繁地花费相对少量的努力是值得的。一个大的错误最终可能会花费更多的时间和精力，甚至可能会误导研究方向，”霍尔总结道。