优化干细胞培养基的新策略

　　

生物通报道：人类多能干细胞（hPSCs）能够成长为几乎任何的细胞类型，这使得它们成为研究早期人类发育和疾病的动态工具，但是很大程度上取决于它们在哪里生长。延伸阅读：更安全的干细胞培养新方法。

五月四日在Nature子刊《Scientific Reports》发表的一项研究中，加州大学圣迭戈分校医学院的研究人员，使用一种强大的统计工具，称为design of experiments（DOE），确定最佳细胞培养配方，来培育和生产hPSCs。

加州大学圣迭哥分校儿科、细胞和分子医学系副教授Alysson Muotri指出：“目前，有不同的培养方法和培养基，但它们不是最佳的，甚至不是以化学方法定义的。根据每一批次培养基之间的差异，有一些因素可能会影响干细胞的生长。这在很多方面影响了科学结果。例如，它减慢了实验进程，因为条件可能不够纯净。这也使得其他实验室很难验证实验数据，因为他们使用的培养基，可能跟最初实验所用的不一样。”

Muotri及其同事使用DOE，测量用于hPSC培养基的两个关键生长因子：碱性成纤维细胞生长因子（bFGF）和神经调节蛋白-1β1（NRG-1β1）。DOE通常用于科学实验，测量和解释数据的差异，但在生物学中的应用还不多。

Muotri说：“如果你问一名生物学学生：一种酶的理想温度和pH值是什么？他/她将会尝试在一个实验中确定最佳温度，在另一个实验中确定最佳的pH值。然后，学生将会错误地得出结论：这些代表着最佳的温度和pH值。现在缺少的是，温度和pH值之间的相互作用。最佳工作温度可能并不是最佳的pH条件。DOE同时考虑多个因素之间的正面、负面或中性相互作用。”

根据早期工作——分析了hPSC培养基中数百个其他因素，研究人员确定了bFGF和NRG-1β1的最佳配方。然而，他们指出，他们的结果是不固定的。Muotri说：“如果科学发现了影响细胞增殖的一个新因素，我们就可以将它添加到我们的DOE矩阵中，以快速测试和重新制定培养基配方。”

研究人员希望他们的这些结果，将为hPSC培养带来一个新标准。Muotri说：“世界上任何一个实验室都可以获得相同的配方，没有可变性。我们也认为，这种方法可以应用到人类干细胞分化过程中的细胞培养条件。理想情况下，我们想要制备过渡培养基的配方，它们在细胞类型特化的过程中可微妙地发生改变，从而模仿人类胚胎。”

Muotri说，他的团队正在与加州大学圣迭哥分校技术转移办公室合作，寻求行业合作伙伴，协助研制使用hPSCs的所有实验室都能获取的新技术。

（生物通：王英）

生物通推荐原文摘要：
Systematic optimization of human pluripotent stem cells media using Design of Experiments
Abstract：Human pluripotent stem cells (hPSC) are used to study the early stages of human development in vitro and, increasingly due to somatic cell reprogramming, cellular and molecular mechanisms of disease. Cell culture medium is a critical factor for hPSC to maintain pluripotency and self-renewal. Numerous defined culture media have been empirically developed but never systematically optimized for culturing hPSC. We applied design of experiments (DOE), a powerful statistical tool, to improve the medium formulation for hPSC. Using pluripotency and cell growth as read-outs, we determined the optimal concentration of both basic fibroblast growth factor (bFGF) and neuregulin−1 beta 1 (NRG1β1). The resulting formulation, named iDEAL, improved the maintenance and passage of hPSC in both normal and stressful conditions, and affected trimethylated histone 3 lysine 27 (H3K27me3) epigenetic status after genetic reprogramming. It also enhances efficient hPSC plating as single cells. Altogether, iDEAL potentially allows scalable and controllable hPSC culture routine in translational research. Our DOE strategy could also be applied to hPSC differentiation protocols, which often require numerous and complex cell culture media.