如何优化间充质干细胞培养条件的关键要素解析
间充质干细胞(Mesenchymal Stem Cells, MSCs)是一类具有自我更新和多向分化潜能的成体干细胞,来源于中胚层,它们在多种组织中广泛存在,如骨髓、脐带、脂肪、牙髓、胎盘等。
间充质干细胞的培养和纯化是一个需要细致操作和严格控制的过程。从培养条件的准备到细胞的传代,再到纯化和质量检测,每一个环节都可能影响最终的细胞质量和实验结果。
MSC培养条件
1. 培养基的选择
根据细胞来源的不同,需要选择不同的基础培养基(例如:DMEM,α-MEM等),同时添加10%胎牛血清(FBS),以及相应的生长添加物(例如:L-谷氨酰胺,丙酮酸钠,NEAA等)。
【划重点】间充质干细胞的原代培养条件严格,对使用的血清和添加物都非常敏感,并非单纯的基础培养基加常规血清所能替代。影响间充质干细胞的生长的关键成分是「胎牛血清」,为了不影响细胞的生长,建议使用高质量的胎牛血清,或者选择相应的商品化完全培养基。
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2. 传代时机
当细胞达到80-90%的汇合度时,进行1:3比例传代3~4×104 cells/cm²。过早传代(或传代次数太频繁),会由于细胞密度不足导致干细胞的极性逐渐丧失,影响后续实验;传代过晚则可能引起接触抑制,使细胞进入平台衰退期,传代后分化老化严重,产生较多细胞碎片,影响细胞生长。
错误案例展示:MSC传代太密
细胞密度高,消化不充分,细胞聚团。长“过头”,细胞进入平台衰退期,“拉丝",细胞碎片增多。
3. 消化时间
胰蛋白酶是常用的消化酶(也有不用胰酶,只用EDTA,或者胰酶/EDTA联合作用),但消化时间需要严格控制,使用0.25%胰蛋白酶消化1min。时间过长会损伤细胞膜,影响细胞活性。
错误案例展示:胰酶消化时间过长
胰酶消化时间久,细胞扁平,“拉丝”,失去极性。
4. 纯化细胞
间充质干细胞亦属于原代细胞,任何原代细胞刚提取出来(P0),纯度都不可能是100%,即使不断纯化也只能做到无限趋近完美。
常见的纯化方法:
- 完全培养基分选:使用完全培养基进行细胞纯化是一种常见的方法,其核心在于通过优化培养基成分和培养条件,选择性地促进目标细胞的生长,同时抑制其他细胞的生长。
- 磁珠分选:使用CD44、CD90、CD105等标志物的抗体偶联磁珠,通过磁力分离纯化间充质干细胞。这种方法高效,但需要确保磁珠的质量和抗体的特异性,避免非特异性结合或丢失目标细胞。
- 流式细胞术分选:可以更精确地分选特定表型的细胞,但操作相对复杂,需要专业的设备和技能。成本也较高,适合需要高纯度细胞的情况。
- 酶消化法:通过特定酶消化去除不需要的细胞,比如用胶原酶消化结缔组织细胞,但这种方法可能会影响间充质干细胞的活性,需要谨慎操作。
5. 质量控制与检测
- 表型检测:通过流式细胞术检测细胞表面标志物,如CD44、CD90、CD105阳性,而CD34、CD45阴性,确保细胞纯度。这一步需要掌握流式细胞术的操作方法和数据分析。
Yuhan J et.al. Int. J. Mol. Sci. 2019
同时满足下列4个要点才能进行分化潜能检测:① 细胞形态正确,呈现典型的成纤维状;② 无细菌,真菌,支原体污染;③ 表达MSC表面标志物;④ 良好的增殖及体外培养能力。
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