科学家们在进行造血干细胞研究时,经常感到困惑,因为实验结果重复性不高。经过多年的研究终于找到了“元凶”——氧气。人体血液的生理氧值远低于空气中的氧值(21% O2),动脉血氧浓度最高为10-13% O2,静脉血平均5-6% O2,而在健康组织中,氧的含量则更低。新生血细胞来自骨髓,生理氧气值从6%到1%不等。然而在不同氧气含量下,结果也是不同的。这到底是为什么呢?科学家们针对氧含量对血细胞的影响展开了激烈的学术交流,让我们来从中寻找答案。
罗杰·罗恩(Roger Ronn)博士,在爱丁堡大学(University of Edinburgh)伊莱恩·齐尔扎克(Elaine Dzierzak)的实验室工作。他最近在《Stem Cells》杂志上发表了关于活性氧对造血干细胞培养影响的论文。BioSpherix首席科学官艾丽西亚·亨博士(Alicia Henn) 就论文与罗杰·罗恩(Roger Ronn)博士进行了交流。
所谓的活性氧, 概括地说,是指机体内或者自然环境中由氧组成, 含氧并且性质活泼的物质的总称。在人体中,氧活性主要产生在有氧代谢中,氧气可以在线粒体内膜和基质中转变成氧自由基,人体中氧浓度跟活性氧的多少密切相关。活性氧还与一些疾病密切相关,比如糖尿病,自身免疫疾病等。在罗杰·罗恩的研究中,我们惊叹活性氧对细胞影响实在太大了。细胞暴露在较高水平的氧气下,也就是我们平时在常氧下进行细胞培养,会鼓励自发氧化,这对ROS的形成有重要作用。那么ROS对造血干细胞有什么影响吗?答案是肯定的,首先低ROS和高ROS细胞具有不同的增殖能力。罗杰·罗恩使用了一种方法来测量胞内ROS含量不同的细胞中DNA断裂的数量。发现高ROS细胞的DNA损伤更多。活性氧也会对其他细胞成分造成氧化损伤,如蛋白质和脂质。即便如此,造血干细胞与其他细胞相比可能对氧化损伤更加敏感。罗杰·罗恩将氧气水平降低到了4%,显著降低了造血干细胞ROS。罗杰·罗恩激动的说道:“真正让我感到动力的是,在花了数年时间思考在实验室中产生功能性造血干细胞困难的原因之后,我终于有了另一种理论来解释它”。
Abhilasha Tiwari博士是里奇中心、哈德逊医学研究所和莫纳什大学的SIEF-STEM+商业博士后研究员。BioSpherix科学官与蒂瓦里博士在谈到她最近发表在《Stem Cells and Development》杂志上的文章《Impact of Oxygen Levels on HumanHematopoietic Stem and Progenitor Cell Expansion》时,AbhilashaTiwari指出, “每个培养细胞的科学家都应该非常清楚,不仅温度、湿度和二氧化碳,而且氧气也需要被密切控制和监控。我们开始观察细胞外氧水平的原因之一是我们无法复制我们早期的结果。所以我认为监测氧气是非常重要的。它会影响细胞的代谢状况。每次我们改变氧气浓度,细胞就会受到压力,从而影响繁殖能力。我想说的是,氧浓度以及细胞在体外暴露的其他代谢条件必须公开”。
科学家们对细胞氧含量的精确控制已经达到“吹毛求疵”的境界,建议细胞培养时,培养基提前6,7小时放入所需的氧气含量中,在培养过程中不要打开门,氧浓度的短暂变化也会影响细胞基因水平表达。
BioSpherix的科学官也与其他研究造血干细胞的科学家进行交流。他们表示,造血干细胞的研究最终是服务大众的,是为了移植达到治疗疾病的目的,其中包括针对免疫缺陷、自身免疫性疾病、镰状细胞、脑瘫、早产并发症和中风。然而,单个脐带血单元通常不具有完全移植所需的细胞产量,但是通常在常氧下培养的细胞是达不到要求的。正如我们刚才所说,细胞内活性氧(ROS)水平与造血干细胞的分裂和分化能力密切相关,患者可以从中获益,治愈疾病。
针对血液/血液学的研究,BioSpherix公司提供了不同型号的低氧室和低氧工作站,旨在帮助研究人员提高实验的重复性和他们工作的相关性。
低氧室,ProOx C21 & C-Chamber是一个子室系统,允许研究人员在不增加实验室设备的情况下,在现有的细胞培养箱中增加对特定O2水平的控制。添加两个或更多的ProOx C21和C-Chamber低氧室有助于在多个氧水平上同时控制整个病理生理值。
Xvivo系统,结合一个或多个O2孵育箱和可连接在一起的工作站。这为整个细胞实验提供了不变的低氧条件。Xvivo系统可以配备多个O2孵育箱,因此研究人员可以在不同O2浓度下同时进行实验。Xvivo系统的工作站兼容培养箱,允许在与培养箱相同的条件下进行细胞处理和细胞分析。
动物箱模型- ProOx 360 & A-Chamber
Oxycycler A84XOV来提供间歇性缺氧的体内模型。它使复杂的氧气控制变得程序化并且简单化。通过电脑软件,可预编程和存储不同的气体浓度升降位点、持续时间以及循环次数,实时记录和存储动物笼内气体浓度,可同时控制4 个动物笼,便于设置并行实验。O2控制范围0.1%~99.9%。
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