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培养中的细胞为何会“变老”
直径22.3μm与14.9μm的实测数据

先说结论:培养天数越长,细胞就越大、越扁平,这种“肥大化”是细胞衰老的信号之一。本公司的实测结果显示,用传统培养基培养30天的细胞直径为22.3μm,用自主研发培养基培养20天的细胞为14.9μm。直径上1.5倍的差异,换算成体积约为3.4倍。本文用实拍照片与数据梳理这一差异从何而来,以及它对生产质量意味着什么。

30秒速览:本文要点

  • 细胞肥大化是衰老的信号。反复分裂之后的细胞变得扁平而肥大,这一形态变化被报告为细胞衰老的特征,可作为反映原料细胞状态的参考。
  • 实测差异为直径1.5倍、体积约3.4倍。传统培养基培养30天为直径22.3μm,自主研发培养基培养20天为14.9μm。
  • 目的不是主张治疗效果,而是生产质量管理。这是为了让采集时点的细胞状态在各批次(在相同条件下一次生产的单位)之间保持一致而做的记录。

1. 肥大化说明了什么——细胞分裂的“计次卡”

先说要点:细胞肥大化被报告为反复分裂之后的细胞所出现的衰老信号。它并非只是外观上的变化,而是反映细胞状态的指标。

已知细胞能够分裂的次数存在上限,就像一张次数有限的计次卡。用掉较多次数、也就是反复分裂之后的细胞,会出现扁平化(变平并向外铺展)与肥大化等形态变化。这是伴随细胞衰老(replicative senescence)出现的特征之一。

在分泌组(细胞在培养过程中分泌的成分的总和)的生产中,这一形态具有实际意义。就像用同一份配方烹饪,食材状态不同,成品也难以一致;作为原料的细胞状态若因批次而异,从中采集到的分泌成分组成也就难以保持一致。

直观要点

细胞大小是无论由谁测量都会得到相同数值的客观指标。本公司将细胞大小作为判断采集时机的依据之一,予以测定并记录。

2. 实测数据——直径 22.3μm 与 14.9μm

先看结果。用传统培养基培养30天的细胞直径为 22.3μm,用自主研发培养基培养20天的细胞为 14.9μm。以下是用血细胞计数板(在显微镜下计数细胞的器具)拍摄的实际细胞,以相同放大倍率并排展示。

传统培养基(其他公司产品)
用传统培养基培养30天的细胞在血细胞计数板上的照片。大小不一的细胞混杂在一起,可见轮廓不规则的细胞和团块。
培养30天(相当于1亿个细胞)
细胞直径 22.3 ± 0.75 μm
自主研发培养基
用自主研发培养基培养20天的细胞在血细胞计数板上的照片。大小一致的圆形细胞分布均匀。
培养20天(相当于5亿个细胞)
细胞直径 14.9 ± 0.21 μm

左侧细胞大小参差不齐,可见轮廓破损的细胞和团块。右侧则是圆形细胞大小一致地分布。数值后标注的“±”为标准误差(SEM)。

细胞直径的实际比例对比 传统培养基培养30天的细胞直径为22.3微米(标准误差0.75),自主研发培养基培养20天为14.9微米(标准误差0.21)。直径比约为1.50倍,按球体假定换算的体积比约为3.4倍。 传统培养基(其他公司产品) 培养30天 22.3 ± 0.75 μm 自主研发培养基 培养20天 14.9 ± 0.21 μm 直径比 1.50 倍 换算成体积 约 3.4 倍
图1:细胞直径的实际比例对比。“±”为标准误差(SEM)。圆按直径的实际比例绘制,体积比为将细胞假定为球体时的估算值(1.50³ ≒ 3.4)。

直径上1.5倍的差异,换算成体积则为约3.4倍。实际差距比数字表面看上去更大。

直观要点

气球的直径变为1.5倍时,能装进去的空气量按三次方计算,约为3.4倍。细胞也一样,“直径1.5倍”在内容物的量上相差约3.4倍。直径这个数字,需要换算成体积来解读。

3. 差异从何而来——达到目标所需的天数

先说结论,造成差异的是达到所需细胞数之前所用的天数。并不存在能够阻止肥大化本身的特殊处理。

培养天数与达到的细胞数 传统培养基在培养30天时达到相当于1亿个细胞,自主研发培养基在培养20天时达到相当于5亿个细胞。 1亿 3亿 5亿 0天10天20天30天 培养天数 达到的细胞数 传统培养基 30天达到1亿个细胞 自主研发培养基 20天达到5亿个细胞 缩短10天
图2:培养天数与达到的细胞数。曲线形状为依据原始资料的增殖曲线绘制的示意图。

能够在更短的培养期内获得所需细胞数,意味着可以在肥大化进一步发展之前完成采集。如果能提前10天到达同一个目的地,采集到的细胞状态自然更“年轻”。

直观要点

这并不是“阻止衰老”的技术,而是“缩短等待时间”的机制。并非对细胞施加了什么特殊处理,而是到采集为止所需的天数更短,这才形成了图1所示的直径差异。

增殖过程

速度上的差异,在中途的过程中也有体现。以下是培养第6天与第10天的相差显微镜图像,每组左侧为传统培养基,右侧为自主研发培养基。

培养第 6 天

传统培养基
用传统培养基培养6天的细胞相差显微镜图像。梭形细胞稀疏散布。
自主研发培养基
用自主研发培养基培养6天的细胞相差显微镜图像。细胞相互伸展并连接,呈网状铺开。

培养第 10 天

传统培养基
用传统培养基培养10天的细胞相差显微镜图像。细胞数量有所增加,但密度较低,其中混有圆形团块。
自主研发培养基
用自主研发培养基培养10天的细胞相差显微镜图像。梭形细胞致密地覆盖整个视野。

以相同天数对比,可以清楚看出细胞铺满视野的速度差异。到第10天时,自主研发培养基中的细胞已几乎覆盖整个视野。

4. 形态之外的佐证——表面标志物

先说结论:在与形态相互独立的测定中,也确认到了同一方向的差异。照片给人的印象容易掺入主观判断,因此我们同时测定了用于鉴定间充质干细胞(可分化为骨、脂肪等的干细胞)的表面标志物。

表面标志物与存活率
项目其他公司培养基自主研发培养基判定
存活率97.2%99.1%越高越好
CD44100%100%阳性
CD7399.5%100%阳性
CD9099.2%100%阳性
CD10585.3%99.2%阳性
HLA-ABC98.6%98.6%阳性
CD310.6%0.5%阴性
CD450.3%0.2%阴性
HLA-DR0.3%0.4%阴性

阳性与阴性的划分依据国际细胞治疗学会(ISCT)提出的间充质干细胞最低标准。

值得关注的是 CD105,从 85.3% 提高到 99.2%,相差 13.9 个百分点。CD105 是已知会随着传代(把增殖后的细胞分开并继续接种培养)次数增加而下降的标志物;它与细胞大小是不同的尺度,却指向同一方向。

其他阳性标志物本身数值就很高,差异很小。阴性标志物两者都足够低,仅 HLA-DR 在自主研发培养基中略高,但均低于1%。

5. 如何解读这些数据——三个前提

阅读这些数据之前,有三个前提需要读者了解。为求公允,在此先行写明。

  • 这并非同一时间点的对照实验。传统培养基为30天达到相当于1亿个细胞,自主研发培养基为20天达到相当于5亿个细胞,培养天数与达到的细胞数两者均不相同。对于“若统一为相同天数会如何”这一问题,本数据并未给出回答
  • 作为比较对象的“其他公司产品”未予公开。该比较并不具备第三方在相同条件下复现的条件
  • 细胞直径后标注的“±”为标准误差(SEM)

在此前提下,本文所展示的是生产工艺中对原料细胞状态的管理。其目的在于记录采集时点的细胞大小,并使各批次之间保持一致。这并不是用于比较治疗效果优劣的数据。

亦承接委托培养

本文介绍的培养基与培养技术,不仅用于本公司产品的生产,也可作为委托培养服务提供。对于希望在不使用动物来源成分的条件下扩增细胞、希望统一采集时点细胞状态等需求,我们均可对应。

服务内容
间充质干细胞的扩增培养、培养条件咨询,以及细胞数、细胞直径、表面标志物的测定
培养环境
银座生产设施的万级(Class 10,000)洁净室内,百级(Class 100)生物安全柜
培养基
不含其他动物来源原料、无血清、无蛋白的自研培养基
咨询流程
在了解细胞种类、需求量与时间安排后,向您说明可否承接并提供报价

视具体条件,也存在无法承接的情况,请先与我们联系。在联系表单中选择“委托培养咨询”后,将由负责人与您联系。

咨询委托培养

关于培养上清液与分泌组的区别,请参阅解析两者差异的这篇文章

常见问题

细胞变大会带来什么问题?

细胞的扁平化与肥大化,被报告为反复分裂之后的细胞所呈现的形态变化。作为原料的细胞状态若因批次而异,从中采集到的分泌成分组成也就难以保持一致。本公司将细胞大小作为采集判断依据之一予以记录。

直径相差1.5倍,实际差距有多大?

将细胞假定为球体时,体积与直径的三次方成正比。直径 22.3μm 与 14.9μm 之间,直径比约为1.50倍,体积比约为3.4倍。

可以委托贵公司进行培养吗?

可以承接。我们可对应在不使用动物来源成分的培养条件下进行扩增培养(把细胞增殖至所需数量的工序),以及细胞数、细胞直径、表面标志物的测定。视细胞种类、需求量与时间安排,也存在无法承接的情况,请通过联系表单中的“委托培养咨询”与我们联系。

会公开成分数据吗?

我们对每个生产批次测定细胞因子含量与外泌体中的miRNA含量,并可应要求提供检验报告。详情请参阅安全与质量体系

本文旨在说明产品的生产方法与质量管理。本公司的干细胞分泌组仅作为研究用试剂供应,不用于证明对任何特定疾病的疗效。

参考文献

  • 间充质干细胞的最低标准:Dominici M, et al. Minimal criteria for defining multipotent mesenchymal stromal cells. The International Society for Cellular Therapy position statement. Cytotherapy. 2006;8(4):315-317.(表面标志物阳性与阴性的划分依据)
  • 伴随细胞衰老的形态变化:Wagner W, et al. Replicative senescence of mesenchymal stem cells: a continuous and organized process. PLoS ONE. 2008;3(5):e2213.(关于传代培养导致细胞增大与扁平化的报告)
  • 实测值:本文中的细胞直径、增殖过程、表面标志物、存活率数值以及显微镜照片,均来自本公司的测定数据。

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