新型葡萄糖节约型小球藻共培养技术通过减少细胞废物提升组织培养效率

本研究筛选出适应哺乳动物细胞培养环境的Chlorella sp. BDH-1藻株，其独特的不竞争葡萄糖特性与温度/盐度适应性，通过维持氧化磷酸化（OXPHOS）减少乳酸积累，将培养寿命延长3倍并提升80%细胞生长性能，同时降低胎牛血清（FBS）需求，为生物医药和培养肉领域提供突破性解决方案。

　　

微藻与哺乳动物细胞的协同进化：突破性共培养技术解析

哺乳动物细胞培养的重要性与挑战

哺乳动物细胞培养技术是重组蛋白生产、类器官生成和培养肉产业的核心，但面临高成本、缺氧（O₂）和三维组织形成受限等瓶颈。关键限制因素包括培养基组分（如胎牛血清FBS）的伦理争议与批次差异，以及缺乏血管化导致的代谢废物（如乳酸）积累。

微藻共培养的筛选逻辑

研究团队从10株微藻中筛选出澳大利亚本土分离株Chlorella sp. BDH-1，其独特优势在于：

1. 温度适应性：在37°C哺乳细胞培养条件下保持高生长速率，突破多数微藻20-25°C的最适温度限制；
2. 盐度耐受：无需预适应即可在150 mM NaCl（模拟组织培养基盐度）中生长，优于淡水藻Chlamydomonas reinhardtii和海水藻Nannochloropsis oceanica；
3. 碳源特异性：不同于典型小球藻属（Chlorella spp.）的葡萄糖代谢特性，BDH-1优先利用乙酸而非葡萄糖，避免与哺乳细胞竞争主要能量来源。

共培养系统的优化与验证

通过Transwell建立物理分隔的共培养体系，发现C2C12小鼠成肌细胞与BDH-1以1:20比例共培养时效果最佳：

• 寿命延长：培养周期从常规2-3天延长至6天，细胞活性提升2.5倍；
• 血清减量：FBS用量从10%降至5%仍维持细胞健康状态；
• pH稳定：酚红指示剂显示共培养组培养基保持中性（粉色），而对照组因乳酸积累变黄（pH<6.8）。

代谢调控的分子机制

核磁共振（NMR）代谢组学揭示关键发现：

1. 乳酸（Lactate）：共培养组浓度（30 mM）显著低于单独培养组（35 mM），证实微藻供氧维持了氧化磷酸化，减少糖酵解废物；
2. 葡萄糖（Glucose）：BDH-1培养6天后介质葡萄糖保留率>90%，而哺乳细胞单独消耗75%，印证其"葡萄糖节约"特性；
3. 乙酸（Acetate）：共培养组乙酸水平降低1.5倍，推测BDH-1将其作为替代碳源消耗；
4. 丙氨酸（Alanine）：共培养组浓度更低，反映三羧酸循环（TCA cycle）活性增强。

工业化应用潜力

该技术突破对两大领域具有变革意义：

1. 生物制药：减少50% FBS依赖可降低单克隆抗体等生物制剂的生产成本；
2. 培养肉：延长肌肉细胞培养周期并优化营养利用效率，助力规模化生产。

未来方向

需进一步探究BDH-1光合供氧的定量关系，以及其对细胞分化（如肌管形成）的影响。这种仿生共培养策略为模拟体内微环境提供了新范式，标志着合成生物学与组织工程的交叉创新。