使用无血清培养基的间充质干细胞更好？《Nature》子刊给出建议

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撰文｜摩西

编辑｜南风

人体的干细胞是组织和器官再生的“种子”细胞。其中间充质干细胞 (MSCs) 因为易获取、来源广和低免疫原性（无排斥反应）等优势，在再生医学和细胞治疗中被广泛应用。

为了开发更有效的干细胞疗法，需要大量生产质量稳定的细胞制剂。而选择细胞培养基，是量产合格的干细胞制剂的关键因素。传统的胎牛血清 (FBS) 经常被用作 MSCs 的培养补充剂。但是由于其中存在动物血清含有的异源成分，存在不明病毒感染、免疫反应和批次差异大等缺陷，所以其安全性一直饱受质疑。

目前，更多的实验室考虑或逐渐替换使用无血清培养基 (SFM)替代，一定程度上提高了干细胞制剂的安全性和有效性。

与含有FBS的培养基相比，在SFM中培养的间充质干细胞 (MSCs) 为后期传代提供了更稳定的群体倍增时间 (PDT)，并在较短的时间内收获更多的细胞。与含有FBS 的培养基中培养的 间充质干细胞 相比，在SFM 中培养的 MSC 具有更低的细胞衰老、更低的免疫原性和更高的遗传稳定性。

通过对mRNA和蛋白质的差异表达分析表明，在含有FBS的培养基中培养的间充质干细胞中，与细胞凋亡、免疫反应和炎症反应相关的基因的表达显著上调。

最近的一项研究检测到细胞污染，也是由于胎牛血清 (FBS) 来源的抗原内化到在含有 FBS 的培养基中培养的MSCs 中所引起的，即使在洗涤之后也是如此_[1]，而牛载脂蛋白B-100是用FBS_[2]培养的治疗性细胞中的主要免疫原。

其他的报告也显示，用FBS培养的人间充质干细胞（hMSC）和人类胚胎干细胞可以表达 N-羟乙酰神经氨酸 (Neu5Gc) 异种抗原，而人类本身不能合成 Neu5Gc。Neu5Gc是哺乳动物中常见的唾液酸类型的糖，在《BMC Medicine》上的一项研究中指出，Neu5Gc会促进一种慢性炎症，加剧癌症和心血管疾病的发生_[19]。

表达Neu5Gc的细胞产品可能也会损害活力和功效，因为人血清中含有抗 Neu5Gc 的抗体_[3,4]。除了可能引发患者的免疫反应外，动物源性试剂还具有传播人畜共患病毒或朊病毒疾病的潜在风险_[4,5,6,7]。

为了解决这些安全问题，使临床中能应用更加安全的干细胞制剂，有人提出了替换人类补充剂，包括人血清和血小板裂解物 (HPL)，以替代包括 FBS _[8,9]在内的动物源性试剂。

血小板中存在多种生长因子，包括转化生长因子β1（TGF-β1）、胰岛素生长因子-1(IGF-1)、血管内皮生长因子（VEGF）等，这些因子以剂量依赖的方式提高了MSC的增殖能力。

但是也有研究发现，培养的细胞成骨或成脂分化能力降低。另外一些研究报告中分析了在含有FBS或人血清的培养基中生长的MSCs_{[10,11,12,13]}，出现免疫抑制功能减弱的情况。

人类来源的补充剂的使用仍然存在争议，因为它缺乏可用性，以及在供体和患者之间存在传播疾病的可能性。无血清培养基 (SFM)，不包括动物来源的成分和人类来源的提取物，已经被很多细胞企业用于生产治疗级细胞制剂。

由于关键的安全问题，在临床细胞治疗应用中使用动物源性成分培养的细胞不再是首选。尽管如此，对在含有培养基SFM与FBS中培养的细胞的全面比较分析相对较少。

近期在《Nature》杂志的子刊《Scientificreports》科学报告中，韩国首尔国立大学、仁荷大学，以及亚洲大学药学院组成的研究团队，调查和比较了在两种培养基中培养的间充质干细胞的特征、多组学数据和体内治疗效果，并提出在SFM中培养的MSCs的新指导意见。

这项研究指出，使用SFM培养间充质干细胞在培养时间、多潜能能力、遗传稳定性和免疫原性方面具有优势。并且从分化能力、遗传稳定性、衰老程度，以及免疫原性四个纬度进行了比较，研究结果具有一定的指导价值。

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分化能力

研究表明，从同一供体获得的细胞，但在扩增速率、表面标志物表达和分化潜能方面有所不同，具体取决于所使用的培养基。胎牛血清和无血清培养基的成脂分化能力相似，而SFM培养的ADSC表现出优异的成软骨和成骨分化能力。

SFM 和 FBS 培养基中 ADSCs 培养特性的比较。图e,ADSCs 的多向分化潜能。所有 ADSC 均被诱导分化为脂肪细胞（浅红）、软骨细胞（蓝）和骨细胞（深红）；图f，FABP4（脂肪形成标志物）、ACAN（软骨形成标志物）和 OCN（成骨标志物）的 mRNA 表达水平的 qRT-PCR 分析。

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衰老程度

在体外培养ADCSs可能会面临各种压力，包括物理脱离、温度变化和蛋白酶诱导的细胞损伤，从而导致细胞衰老。

研究小组测量了最常见的衰老标志物、衰老相关的 β-半乳糖苷酶 (SA-β-gal) 。取P5代和P10代比较 SFM 和 FBS 之间的衰老水平（图a，b）。结果表明，与含有 FBS 的培养基相比，SFM 中的培养在减少ADSC的细胞衰老方面具有优势。

在 SFM 和含有 FBS 的培养基中 ADSCs 培养物扩增后细胞特性的比较。( a ) 在 SFM 或 FBS 中培养的 ADSC 的细胞衰老。将 P5 和 P10 的 ADSC 接种并培养 24 小时，然后对与衰老相关的 β-半乳糖苷酶活性进行染色。红色箭头表示β-半乳糖苷酶阳性细胞；( b ) 对β-半乳糖苷酶阳性细胞进行计数并以百分比表示。

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