新型iPSC培养基问世!价格只有目前产品价格的3%

【字体: 时间:2020年01月22日 来源:生物通

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  生物学家发表了一种用于人类诱导多能干细胞的DIY配方,他们估计其成本只有商业培养基价格的3%。

  

干细胞生物学家很少休假。一周七天,他们的实验室需要每天有人更换培养基,这样才能保持诱导的多能干细胞存活。对于许多进行iPSC研究的科研小组来说,周末的实验室访问和昂贵的培养基被认为是不可避免的事实。

为了解决这两个问题,西北大学Feinberg医学院的研究人员开发了一种新型的人类iPSC(hiPSC)培养基,任何实验室都可以制作,并且价格低廉。他们估计所需成分的成本约为每升16美元,或仅占目前产品价格的3%,而且也不会降低细胞分化为不同细胞类型的能力。

这种名为“B8”的培养基的配方以及hiPSC培养方案已于1月9日在Stem Cell Reports杂志上发表。

加利福尼亚大学圣地亚哥分校干细胞生物学家Alysson Muot(未参与该项研究)表示:“我认为这很了不起,”如果这种配方的性能达到了论文中所描述的那样,那么节约下来的成本将是“巨大的”。 “我们一定会尝试的。 。 。我认为可能在该领域的许多人也会尝试一下。”

大多数干细胞实验室需要购买商业生产的培养基来培养hiPSC,直到细胞成熟到足以分化为不同的细胞类型为止,每0.5升通常花费270美元或350美元。

B8论文作者,Paul Burridge说:“对于大型实验室来说,他们每年仅在干细胞培养基上就可以花费纳税人30万美元。”

Burridge的实验室是多年来,从头开始制作自己培养基的少数实验室之一(基于已发布的配方,例如2011年发布的E8配方)。但是,该配方还是需要依赖于昂贵的增长因子,最终成为“价格几乎与商业产品一样贵,或者“至少不够便宜,以至于节省的成本可以节省时间和精力”。

几年前,他和他的同事开始将E8配方中的成分换成更便宜的成分,例如hiPSC在其上生长的凝胶状蛋白质基质。研究小组意识到,E8配方中最昂贵的成分是成纤维细胞生长因子2(FGF2),占成本的60%以上。因此,该团队开始通过将编码蛋白质的遗传序列引入质粒中,从头开始制作自己的FGF2,然后将该质粒插入大肠杆菌并转化为蛋白质。

一旦研究人员确定了FGF2的产生,“我们已经打开了引擎盖,我们应该对蛋白质进行一些调整,” Burridge回忆说。

调整之一是引入已知使FGF2蛋白更耐受温度的突变。市售的FGF2的局限性在于它在37°C的温度下不稳定,并在一天左右的时间内降解。这就是为什么hiPSC培养物通常需要每天更换培养基的原因之一。相比之下,研究人员的这种修饰蛋白FGF2-G3在37°C中,一周后仍保持稳定。 “我们最终生产了一种蛋白质,这种蛋白质造价很少,但稳定性得到了改善,” Burridge说。

除了创建自己的某些生长因子外,研究人员还进行了一系列短期生长试验,每次使用不同浓度的每种成分,找到仍能保持强劲增长的最低且最具成本效益的浓度。

然后,该团队利用使用标准指南(每天更改培养基)来测试。他们发现,hiPSC细胞系可以在B8培养基中培养100余代,同时仍保持未分化状态。总体而言,当他们将B8培养的细胞与E8培养基中生长的细胞进行比较时,他们观察到了相似的细胞生长和增殖速率。

然后,他们在没有周末的喂养计划下测试了他们的配方,结果显示,研究人员仅需每3.5天更换一次培养基。为了确定这些细胞是否仍然能够分化为不同的细胞类型,研究小组使用现有指南将B8培养的hiPSC细胞诱导到心脏,内皮或上皮细胞中。结果表明“可以在无周末培养[hiPS]细胞,并且对细胞的分化或效用绝对没有影响,” Burridge说。

伊利诺伊大学芝加哥分校的干细胞生物学家和心脏病学家Jalees Rehman说,研究人员在尝试使用培养基之前,可能希望看到有关分化细胞功能的更多数据。 “一旦有了20,30个实验室,他们便可以在这种成本低得多的培养基中培养细胞,并且可以成功地将它们分化为神经元和心肌细胞等细胞类型,最后会获得良好的功能性细胞,即跳动的心脏细胞。我认为这可能对该领域产生重大影响。”

Rehman补充说,无周末的hiPSC培养方案将大大改善该领域研究人员的工作与生活平衡。英国的阿斯顿大学的Eric Hill利用iPSC建立阿尔茨海默氏病模型,尽管有几种市售的培养基可以安排周末休息,但“它们非常昂贵”。

但是,Hill指出,Burridge和他的同事们$16的费用估算并未考虑制作培养基的工作量。他说,考虑到这一点,成本可能会增加一点。但是,Burridge估计,一旦研究人员将所有试剂放在一起,制作一年的培养基大约需要一个小时。

另外,Muotri补充说,并非每个干细胞实验室都有能力制造自己的蛋白质。他说:“例如,我的实验室没有从细菌中纯化这些蛋白质的专业知识。我们将不得不从外购买它,这样成本会增加。”尽管可能不及目前产品成本那么高。 (Burridge和他的同事在他们的论文中建议,研究人员可以将蛋白质生产外包给诸如Northwestern等核心设施。)

另一个问题是重复性。Hill指出,从商业来源购买培养基可确保批次间的一致性,而如果实验室自己制作培养基,则可能难以实现。 Muotri建议,也许如果一家公司决定将B8培养基商业化,这可以减少实验室内部和实验室之间的差异性。

Burridge说:“我们非常乐意为遇到任何问题的人提供帮助。” “该项目的重点是改善整个干细胞的普遍存在问题,因此更多的实验室可以使用它们。作为干细胞科学家,当非干细胞实验室表示他们不想使用干细胞,因为它太昂贵了,这让我感到诅丧。由于外部原因无法进行某个实验,这不科学。我希望我们已经解决了那部分问题。”

(生物通:万纹)

原文标题:

H. Kuo et al., “Negligible-cost and weekend-free chemically defined human iPSC culture,” Stem Cell Reports, doi:10.1016/j.stemcr.2019.12.007, 2020.





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