科學家利用統計學工具對人類多能幹細胞培養基組分進行標準化優化

2020-12-05 生物谷

2015年5月7日 訊 /生物谷BIOON/ --人類多能幹細胞(hPSCs)擁有分化為所有類型機體細胞的能力，這種能力使得hPSCs可以作為一種動態工具用以研究早期人類機體的發育以及疾病的發生。近日一篇發表於國際雜誌Scientific Reports上的研究論文中，來自加利福尼亞大學的研究人員通過利用一種名為「試驗設計」(DOE)的強大統計學工具確定了生長培養hPSCs的最佳細胞培養基組分。

研究者Alysson Muotri教授表示，當前有很多不同的培養基製作方法並沒有達到最優化，或者甚至沒有化學定義，而且存在很多因子可能會影響幹細胞的生長，這在很多方面會影響科學研究，比如減緩科研進展，同時使得其它實驗室很難重現研究結果等，其中一種原因就是使用的培養基不一樣。

這項研究中，研究者利用DOE測定了hPSC培養基中使用的兩種典型生長因子：鹼性成纖維細胞生長因子（bFGF）和神經調節蛋白-1β1（NRG-1β1），DOE通常用於測定並且解釋數據的改變，但在生物學領域中應用並不是很多。基於前期研究者對hPSC培養基中成百上千個因子的分析，研究者確定了bFGF和NRG-1β1的最佳組成，然而這種組成方式卻並不是一成不變的，如果在後期研究中發現一種影響hPSCs增殖的新因子，那麼或許研究者就應該將其加入到DOE模塊中，來進行快速檢測，同時這種因子也有可能重新加入到培養基的成分之中，對培養基進行再次優化。

研究者希望本文研究或為制定hPSC培養基的新標準提供一定的思路，世界上任何一個實驗室都將會利用相同的培養基組分，從而使得研究結果具有一定的可比性；同時這種方法可以用於在人類胚胎幹細胞分化過程中培養基組分的開發，研究者想開發一種過渡性的培養基成分使其可以在細胞特殊化模擬人類胚胎的過程中快速做出改變。（生物谷Bioon.com）

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Systematic optimization of human pluripotent stem cells media using Design of Experiments

Paulo A. Marinho, Thanathom Chailangkarn & Alysson R. Muotri

 

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.

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