Культура клеток является незаменимой фундаментальной методикой в современных биологических исследованиях и биофармацевтическом производстве. Обеспечивая контролируемую среду in vitro, культура клеток поддерживает рост, дифференцировку, метаболическую активность клеток, а также различные экспериментальные процедуры, такие как скрининг лекарств, редактирование генов и изучение экспрессии белков. В этом процессе фетальная бычья сыворотка (FBS), как одна из наиболее часто используемых добавок к культуральной среде, играет решающую роль. FBS богата белками, аминокислотами, гормонами, витаминами и факторами роста, которые могут значительно стимулировать адгезию, пролиферацию и метаболическую активность клеток. Кроме того, FBS обеспечивает определенную буферную емкость, которая помогает поддерживать стабильность культуральной системы и защищает клетки от механического стресса и химических повреждений.

Что такое фетальная бычья сыворотка?

Фетальная бычья сыворотка (FBS) — это натуральная добавка к культуральной среде, обычно используемая в культуре клеток. Она берется от плода, извлеченного путем кесарева сечения, когда корова-мать находится на 5-8 месяце беременности. В условиях строгой асептики кровь собирается путем пункции сердца, после чего проводится ряд обработок, включая естественное свертывание, центрифугирование и другие этапы. Полученная в итоге светло-желтая прозрачная жидкость и есть фетальная бычья сыворотка. Поскольку плод не контактирует с внешней средой, содержание в сыворотке антител, комплемента и других компонентов, вредных для клеток, относительно невелико.

Состав и особенности фетальной бычьей сыворотки

Белки

Альбумин: Поддерживает осмотическое давление в культуральной среде, связывает жирные кислоты, гормоны и ионы металлов, обеспечивая стабильную питательную среду. Он также буферизирует механическое напряжение при обработке, уменьшая повреждение клеток, вызванное перемешиванием или пипетированием.
Глобулин: Содержит низкие уровни антител, снижая риск иммунных реакций. Глобулины также включают функциональные белки, такие как трансферрин, который участвует в транспорте и регуляции железа, поддерживая клеточный метаболизм и синтез белка.

Питательные вещества

Аминокислоты: Обеспечивают основные строительные блоки для синтеза белков, нуклеиновых кислот и других биомолекул.
Витамины: Включая витамины A, C, E и группы B, играют ключевую роль в метаболизме, антиоксидантной защите, росте и пролиферации клеток.
Глюкоза: Основной источник энергии для клеток, поддерживающий нормальную метаболическую активность и физиологические функции.

Факторы роста
FBS содержит множество факторов роста, которые стимулируют пролиферацию, дифференцировку и выживание клеток, включая:

Эпидермальный фактор роста (EGF): Стимулирует пролиферацию эпителиальных клеток и усиливает прикрепление клеток in vitro.
Инсулиноподобный фактор роста (IGF): Регулирует клеточный метаболизм, дифференцировку и пролиферацию.
Фактор роста фибробластов (FGF): Стимулирует пролиферацию клеток, ангиогенез и восстановление тканей.

Другие компоненты

Липиды: Такие как холестерин и фосфолипиды, способствуют формированию клеточной мембраны и передаче сигналов.
Микроэлементы: Цинк, медь, магний поддерживают активность ферментов и метаболические функции.
Биоактивные малые молекулы: Регулируют клеточный метаболизм, антиоксидантную способность и сигнальные пути.

В лабораторной практике FBS обычно используется в сочетании с высококачественными флаконами для культивирования клеток, чашками для культивирования клеток, пипетками и центрифужными пробирками для обеспечения стерильности, точной обработки и стабильных условий культивирования, что максимизирует эффективность FBS в стимулировании роста клеток и поддержании здорового состояния клеток.

Почему фетальная бычья сыворотка используется в культуре клеток?

Богата питательными веществами: Фетальная бычья сыворотка содержит богатые питательные вещества, такие как белки, аминокислоты, глюкоза, витамины и т.д. Эти питательные вещества необходимы для роста клеток, метаболизма и поддержания жизнедеятельности. Например, различные аминокислоты обеспечивают сырье для синтеза клеточных белков, удовлетворяя потребности клеток в белке во время пролиферации и дифференцировки.
Стимулирует рост и пролиферацию клеток: Она богата различными факторами роста, такими как эпидермальный фактор роста (EGF), инсулиноподобный фактор роста (IGF) и др. Эти факторы роста могут стимулировать рост, пролиферацию и дифференцировку клеток, ускорять процесс клеточного деления, помогать клеткам быстрее адаптироваться к культуральной среде и формировать хорошее состояние роста. Например, при культивировании некоторых труднорастущих клеточных линий факторы роста могут значительно повысить выживаемость и скорость пролиферации клеток.
Защищает клетки: Содержит различные связывающие белки, такие как трансферрин, альбумин и др. Трансферрин может связываться с ионами железа, обеспечивая клетки железом, а также предотвращая токсическое действие ионов железа на клетки; альбумин может связываться с жирными кислотами, гормонами и другими веществами, стабилизируя и регулируя концентрацию этих веществ и в определенной степени защищая клетки от механических повреждений и физических факторов.
Обеспечивает благоприятную среду для адгезии клеток: Фибронектин и другие компоненты сыворотки помогают клеткам прикрепляться к поверхности культуральных сосудов, позволяя клеткам лучше расти. Для большинства адгезивных клеток хорошая адгезия является предпосылкой для их нормального роста и метаболизма.
Поддерживает стабильность культуральной среды: Осмотическое давление культуральной среды может быть отрегулировано для поддержания его соответствия осмотическому давлению внутриклеточной среды, чтобы предотвратить повреждение клеток из-за дискомфорта осмотического давления. В то же время определенные компоненты сыворотки также могут буферизировать изменения pH культуральной среды, обеспечивая клеткам относительно стабильную химическую среду.

Какие существуют альтернативы фетальной бычьей сыворотке для культивирования клеток?

Продукты человеческого происхождения

Человеческая сыворотка: Источники включают плазму здоровых людей, полученную путем сепарации, или остаточную кровь от клинических переливаний. Она богата белками, факторами роста и т.д. и может поддерживать рост клеток. Однако существует риск вирусного загрязнения, а компоненты сыворотки разных людей различаются, что влияет на воспроизводимость культуры клеток.
Лизат тромбоцитов человека: Приготовлен из тромбоцитов человека, богат факторами роста, высвобождаемыми тромбоцитами, такими как тромбоцитарный фактор роста (PDGF), трансформирующий фактор роста-β (TGF-β) и др., которые могут стимулировать пролиферацию и выживание клеток. Однако он также сталкивается с риском передачи вирусов, а индивидуальные различия повлияют на согласованность продукта.

Продукты животного происхождения, но не фетальная бычья сыворотка

Сыворотка взрослого крупного рогатого скота: Приготовлена из крови, собранной у взрослых коров, стоимость ниже, чем у фетальной бычьей сыворотки. Однако она содержит меньше стимулирующих рост клеток компонентов, таких как факторы роста, и может содержать антитела против распространенных патогенов, влияя на физиологические функции клеток, и применима к ограниченному числу типов клеток.
Лошадиная сыворотка: Обычно получается из крови лошадей. В культуре некоторых клеточных линий, таких как нейральные клеточные линии, лошадиная сыворотка может обеспечить специфические питательные вещества и сигналы роста. Однако ее состав отличается от состава фетальной бычьей сыворотки, и при использовании необходимо корректировать условия культивирования, а также обращать внимание на стабильность качества разных партий.

Синтетические альтернативы

Химически определенные добавки к культуральной среде: Не содержат ингредиентов животного происхождения, имеют точный известный состав, содержат аминокислоты, витамины, минералы, аналоги факторов роста и т.д., могут обеспечить стабильную культуральную среду для клеток и избежать загрязнения патогенами и различий между партиями, вызванных ингредиентами животного происхождения. Однако для сложных потребностей культивирования клеток они могут не полностью имитировать функцию фетальной бычьей сыворотки.
Бессывороточная культуральная среда: Специально разработана, оптимизирована для конкретных типов клеток и дополнена различными необходимыми для роста клеток компонентами для удовлетворения потребностей роста, пролиферации и дифференцировки клеток. Использование бессывороточной культуральной среды может уменьшить использование ингредиентов животного происхождения и повысить безопасность и контролируемость культуральной системы, но стоимость разработки высока, и требуется настройка и оптимизация для разных клеток.

Роль лабораторных расходных материалов в культуре клеток

Высококачественные лабораторные расходные материалы играют ключевую роль в культивировании клеток, обеспечивая не только асептическую обработку, но и напрямую влияя на здоровье клеток и достоверность экспериментальных результатов. Основные расходные материалы и их конкретные функции перечислены ниже:

Культуральные флаконы для клеток и Чашки Петри

Обработка поверхности: Высококачественные флаконы и чашки часто проходят тканевую культуральную обработку для улучшения адгезии и распластывания клеток.
Выбор материала: Прозрачный полистирол позволяет легко наблюдать морфологию и рост клеток.
Пример применения: После добавления среды, обогащенной FBS, обработанные культуральные чашки обеспечивают равномерное прикрепление клеток и формирование здорового монослоя, что облегчает микроскопическое наблюдение и последующие эксперименты.

Пипетки и наконечники

Точность: Обеспечивают точное дозирование FBS и культуральных сред, гарантируя стабильное поступление питательных веществ и минимизируя вариабельность, связанную с объемом.
Стерильность: Использование стерильных наконечников с низким связыванием предотвращает адсорбцию белков, потерю питательных веществ и загрязнение.
Пример применения: При аликвотировании FBS или добавлении среды пипетки и наконечники обеспечивают быстрое, точное и безопасное выполнение операций.

Центрифужные Пробирки и Криогенные виалы

Аликвотирование сыворотки: FBS часто разделяют на небольшие объемы в центрифужные пробирки для удобства использования и минимизации циклов замораживания-оттаивания.
Хранение образцов: Криогенные виалы используются для долгосрочного хранения сыворотки или клеточных образцов, сохраняя биологическую активность.
Требования к материалам: Пробирки с низким связыванием и высокой прозрачностью снижают адсорбцию белков и повышают точность экспериментов.

Важность расходных материалов в сочетании с FBS

Использование высококачественных расходных материалов вместе с FBS максимизирует эффективность питательных веществ и факторов роста, содержащихся в сыворотке.
Правильная обработка снижает риск загрязнения, повышает эффективность роста клеток и обеспечивает воспроизводимость и надежность результатов.
Совет: Все расходные материалы должны быть стерилизованы перед использованием или выбраны в качестве одноразовых стерильных изделий для поддержания стабильности культуральной системы.

Резюме

Фетальная бычья сыворотка (FBS) является незаменимой добавкой в современном культивировании клеток, обеспечивая оптимальную среду для клеток благодаря богатому содержанию белков, аминокислот, витаминов, глюкозы и факторов роста. Правильный выбор партии, контролируемые циклы замораживания-оттаивания, надлежащее хранение и предварительная обработка FBS могут значительно улучшить рост клеток, их жизнеспособность и надежность экспериментальных результатов. В то же время высококачественные лабораторные расходные материалы играют критическую вспомогательную роль в культивировании клеток. Флаконы и чашки, обработанные для тканевых культур, способствуют адгезии и распластыванию клеток, а стерильные пипетки, наконечники, центрифужные пробирки и криогенные виалы с низким связыванием обеспечивают эффективное использование сыворотки, точное обращение и безопасное хранение образцов. Тщательное сочетание FBS и лабораторных расходных материалов позволяет исследователям поддерживать здоровые клетки и достигать высоковоспроизводимых результатов, создавая прочную основу как для фундаментальных исследований, так и для биофармацевтических разработок.