細胞培養(yǎng)是一種不斷發(fā)展的實踐,對再生醫(yī)學產生巨大影響。細胞培養(yǎng)過程依賴于對影響培養(yǎng)結果的培養(yǎng)條件的精確調整。每種細胞類型都需要一組特定的信號才能有效生長。此外,所有細胞類型都需要基本營養(yǎng)物質和培養(yǎng)基成分。因此,一些培養(yǎng)基成分是通用的,而另一些則根據(jù)細胞類型而特定。
這是維持細胞增殖的通用培養(yǎng)基成分列表。
能量:來自碳水化合物或糖,是維持細胞新陳代謝所必需的。
必需金屬和礦物質:例如鈣、鎂、鐵和其他微量金屬是調節(jié)代謝途徑和細胞過程所必需的。
緩沖劑:磷酸鹽、醋酸鹽和檸檬酸鹽維持 pH 水平,中和代謝活動產生的酸化。
營養(yǎng)素:由維持細胞途徑和信號傳導所需的蛋白質(或其組成部分:肽和氨基酸)或生長因子組成。培養(yǎng)基的這種成分根據(jù)細胞類型而變化,并且可以根據(jù)特定需要進行定制。下面概述了一些主要細胞類型及其所需營養(yǎng)的詳細信息。
培養(yǎng)基還可能含有其他成分,例如 pH 變化指示劑、選擇性抗菌劑和促進細胞培養(yǎng)實踐的膠凝劑。雖然這些培養(yǎng)基成分不直接影響細胞增殖,但會影響細胞培養(yǎng)性能。
多能干細胞可以自我更新,并且可以分化成幾乎任何其他細胞類型,包括神經元、心血管細胞、肝細胞、上皮細胞等。iPSC是一種特定的干細胞類型,是通過將體細胞重編程為多能干細胞狀態(tài)而產生的。生長因子影響 iPSC 的增殖或分化行為。 FGF2 發(fā)出 iPSC 作為未分化細胞增殖的信號。
FGF2調節(jié)絲裂原激活蛋白激酶 (MAPK)/細胞外信號調節(jié)激酶 (ERK) 通路 [ 2 ],這些通路對于細胞信號級聯(lián)反應至關重要,包括調節(jié)細胞增殖和分化的信號級聯(lián)反應。 FGF2 減少自發(fā)分化,從而維持可無限擴增的 iPSC 培養(yǎng)物。因此,F(xiàn)GF2 是維持 iPSC 培養(yǎng)的關鍵生長因子。
神經元是一種重要的細胞類型,可以發(fā)送信息來控制整個身體的基本功能。神經元通常存在于腦組織中,可以由干細胞產生。多能細胞首先分化為神經祖細胞(NPC),進一步分化為神經元。 iPSC 衍生的 NPC 隨后可用于構建 3D 結構圖案,例如大腦類器官。生長因子信號傳導維持神經元生長并指導生成的神經元類型。 BDNF 和 GDNF 是神經元分化和增殖的兩種關鍵生長因子。
BDNF激活多種途徑,包括 MAPK、磷脂酶 Cy 和磷脂酰肌醇 3 激酶途徑,調節(jié)神經元存活和分化所需的蛋白質轉錄。 [ 3 ]。 BDNF 促進神經元存活、軸突伸長和分支、樹突棘形成和神經元可塑性。
GDNF激活促進細胞增殖的通路,包括 MAPK、磷酸肌醇 3-激酶、ERK 和 ATK 通路 [ 4 ]。 GDNF 促進多巴胺能神經元、運動神經元和皮質神經元的存活,并增強背根神經節(jié)的軸突伸長和分支。
BDNF 和 GDNF 用于將 iPSC 和 NPC 分化為神經元并維持高質量的后代。這些生長因子還可用于維持 3D 神經元類器官并顯著驅動類器官圖案化。
RPE 細胞是在眼睛感光層后面發(fā)現(xiàn)的單層細胞。它們執(zhí)行許多支持神經元視網膜上的感光細胞的功能,包括類維生素A的轉換和儲存、散射光的吸收、微環(huán)境的維持和營養(yǎng)的提供[ 5 ]。 RPE 細胞以單層形式生長,一旦生長填滿其邊界區(qū)域,就可以長時間保持靜止狀態(tài)。這使得 RPE 細胞能夠承受高壓力條件。
FGF2通過上述 iPSC 途徑促進 RPE 細胞增殖。EGF激活多種途徑,包括 ERK MAPK、AKT-PI3K 和 PLC-γ1-PKC 途徑,調節(jié)增殖并防止不必要的細胞凋亡 [ 6 ]。這使得 EGF 能夠確保 RPE 細胞在靜止期存活。 FGF2 和 EGF 是維持 RPE 細胞并為其生長創(chuàng)造壓力最小的環(huán)境的關鍵生長因子。在特定條件下生長的 RPE 細胞現(xiàn)在被移植以治療黃斑變性。