Мониторинг клеточных культур выявил причины плохой воспроизводимости экспериментальных результатов

Культуры клеток млекопитающих играют важную роль в исследованиях, однако опубликованные результаты часто не воспроизводятся. Важно, чтобы условия клеточной культуры максимально имитировали среду in vivo.

Одно из самых существенных несоответствий между обычными культурами клеток млекопитающих in vitro и средой in vivo — отсутствие регуляторных систем, которые тонко настраивают уровни оксигенации и кислотно-основного равновесия. В организме млекопитающих регуляторных систем множество (например, расширение и сужение сосудов, изменение скорости дыхания). В то же время уровень pH в обычных клеточных культурах регулируется равновесием между составами среды и обогащенной CO₂ атмосферой. Однако клетки, растущие в культуре, потребляют O₂ и выделяют CO₂. Следовательно, по мере роста клеток культуральная среда подкисляется и дезоксигенируется, и в результате могут возникнуть существенные отличия от среды in vivo.

Исследователи из университета KAUST в течение трех дней наблюдали за состоянием окружающей среды клеток, которые росли в культуральных флаконах, помещенных в инкубатор. Исследовали три типа клеток: человеческие плюрипотентные стволовые клетки (H1 hESC), линию лимфобластов (GM12878) и линию клеток хронического миелоидного лейкоза (K562). К некоторым образцам каждого из типов клеток были прикреплены оптические датчики, регистрирующие люминесценцию, чтобы отслеживать изменения уровней растворенного кислорода и углекислого газа. Другие флаконы извлекали каждые восемь часов для измерения скорости роста клеток и кислотности культуры.

Степень изменений зависела от типа клеток, в целом по мере увеличения плотности клеток количество кислорода, растворенного в среде, уменьшалось, а углекислого газа увеличивалось, что повышало кислотность. Подобные изменения могут значительно влиять на клеточные процессы. Различие изменений, вероятно, связано с различиями в скорости роста и метаболизме клеток.

Результаты показывают, что коммерческие среды, включая те, которые оценивались в данном исследовании (E8 и RPMI-1640), не защищают культивируемые клетки от нестабильности окружающей среды даже при соблюдении инструкций производителя и стандартных протоколов. Кроме того, различные типы клеток в одной и той же среде ведут себя по-разному. Можно предположить, что критические факторы, определяющими стабильность культуры, — скорость роста клеток и их метаболический профиль.

Представление о том, что рутинные процедуры культивирования клеток достаточны для поддержания стабильности среды, необходимо срочно пересмотреть, отмечают авторы.