科學家們在進行造血干細胞研究時,經常感到困惑,因為實驗結果重復性不高。經過多年的研究終于找到了“元兇”——氧氣。人體血液的生理氧值遠低于空氣中的氧值(21% O2),動脈血氧濃度最高為10-13% O2,靜脈血平均5-6% O2,而在健康組織中,氧的含量則更低。新生血細胞來自骨髓,生理氧氣值從6%到1%不等。然而在不同氧氣含量下,結果也是不同的。這到底是為什么呢?科學家們針對氧含量對血細胞的影響展開了激烈的學術交流,讓我們來從中尋找答案。
羅杰·羅恩(Roger Ronn)博士,在愛丁堡大學(University of Edinburgh)伊萊恩·齊爾扎克(Elaine Dzierzak)的實驗室工作。他最近在《Stem Cells》雜志上發表了關于活性氧對造血干細胞培養影響的論文。BioSpherix首席科學官艾麗西亞·亨博士(Alicia Henn) 就論文與羅杰·羅恩(Roger Ronn)博士進行了交流。
所謂的活性氧, 概括地說,是指機體內或者自然環境中由氧組成, 含氧并且性質活潑的物質的總稱。在人體中,氧活性主要產生在有氧代謝中,氧氣可以在線粒體內膜和基質中轉變成氧自由基,人體中氧濃度跟活性氧的多少密切相關。活性氧還與一些疾病密切相關,比如糖尿病,自身免疫疾病等。在羅杰·羅恩的研究中,我們驚嘆活性氧對細胞影響實在太大了。細胞暴露在較高水平的氧氣下,也就是我們平時在常氧下進行細胞培養,會鼓勵自發氧化,這對ROS的形成有重要作用。那么ROS對造血干細胞有什么影響嗎?答案是肯定的,首先低ROS和高ROS細胞具有不同的增殖能力。羅杰·羅恩使用了一種方法來測量胞內ROS含量不同的細胞中DNA斷裂的數量。發現高ROS細胞的DNA損傷更多。活性氧也會對其他細胞成分造成氧化損傷,如蛋白質和脂質。即便如此,造血干細胞與其他細胞相比可能對氧化損傷更加敏感。羅杰·羅恩將氧氣水平降低到了4%,顯著降低了造血干細胞ROS。羅杰·羅恩激動的說道:“真正讓我感到動力的是,在花了數年時間思考在實驗室中產生功能性造血干細胞困難的原因之后,我終于有了另一種理論來解釋它”。
Abhilasha Tiwari博士是里奇中心、哈德遜醫學研究所和莫納什大學的SIEF-STEM+商業博士后研究員。BioSpherix科學官與蒂瓦里博士在談到她最近發表在《Stem Cells and Development》雜志上的文章《Impact of Oxygen Levels on HumanHematopoietic Stem and Progenitor Cell Expansion》時,AbhilashaTiwari指出, “每個培養細胞的科學家都應該非常清楚,不僅溫度、濕度和二氧化碳,而且氧氣也需要被密切控制和監控。我們開始觀察細胞外氧水平的原因之一是我們無法復制我們早期的結果。所以我認為監測氧氣是非常重要的。它會影響細胞的代謝狀況。每次我們改變氧氣濃度,細胞就會受到壓力,從而影響繁殖能力。我想說的是,氧濃度以及細胞在體外暴露的其他代謝條件必須公開”。
科學家們對細胞氧含量的精確控制已經達到“吹毛求疵”的境界,建議細胞培養時,培養基提前6,7小時放入所需的氧氣含量中,在培養過程中不要打開門,氧濃度的短暫變化也會影響細胞基因水平表達。
BioSpherix的科學官也與其他研究造血干細胞的科學家進行交流。他們表示,造血干細胞的研究最終是服務大眾的,是為了移植達到治療疾病的目的,其中包括針對免疫缺陷、自身免疫性疾病、鐮狀細胞、腦癱、早產并發癥和中風。然而,單個臍帶血單元通常不具有完全移植所需的細胞產量,但是通常在常氧下培養的細胞是達不到要求的。正如我們剛才所說,細胞內活性氧(ROS)水平與造血干細胞的分裂和分化能力密切相關,患者可以從中獲益,治愈疾病。
針對血液/血液學的研究,BioSpherix公司提供了不同型號的低氧室和低氧工作站,旨在幫助研究人員提高實驗的重復性和他們工作的相關性。
低氧室,ProOx C21 & C-Chamber是一個子室系統,允許研究人員在不增加實驗室設備的情況下,在現有的細胞培養箱中增加對特定O2水平的控制。添加兩個或更多的ProOx C21和C-Chamber低氧室有助于在多個氧水平上同時控制整個病理生理值。
Xvivo系統,結合一個或多個O2孵育箱和可連接在一起的工作站。這為整個細胞實驗提供了不變的低氧條件。Xvivo系統可以配備多個O2孵育箱,因此研究人員可以在不同O2濃度下同時進行實驗。Xvivo系統的工作站兼容培養箱,允許在與培養箱相同的條件下進行細胞處理和細胞分析。
動物箱模型- ProOx 360 & A-Chamber
Oxycycler A84XOV來提供間歇性缺氧的體內模型。它使復雜的氧氣控制變得程序化并且簡單化。通過電腦軟件,可預編程和存儲不同的氣體濃度升降位點、持續時間以及循環次數,實時記錄和存儲動物籠內氣體濃度,可同時控制4 個動物籠,便于設置并行實驗。O2控制范圍0.1%~99.9%。
廣州格盧瑞——一家細胞生物學領域專業服務商
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