细胞系的那些事儿

细胞系的那些事儿

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      1951年2月8日,美国科学家George Gey通过宫颈癌活细胞检查,分离出一些细胞,建立了首个人源细胞系,这便是著名的HeLa。这株细胞来源于一位名为Henrietta Lacks的患者。八个月后,Lacks死于癌症,但是她的细胞(HeLa细胞)成为了首个无限增殖细胞系,具有在人工培养情况下无限增殖的能力。在完成分离后的几十年间,科学家们已经培养出大约20吨的HeLa细胞。
      如今,实验室供应商和非盈利性的存储库中拥有成百上千的细胞系,专门适用于完成从产生蛋白到病毒培养的任何工作。虽然胚胎干细胞和诱导性多功能干细胞可能得到更多的媒体关注,但是普通的体细胞系仍然是生物医学研究的支柱。
      目前很多物种均有相应的细胞系。ATCC目前保存有超过3000个细胞系。位于新泽西州卡姆登的卡瑞尔医学研究所(Coriell Institute for Medical Research)也维护着几千种,这两个组织都重点关注代表特定疾病的人源株系。
细胞系的规模问题
      目前,虽然拥有成千上万的细胞系,仅需要点点鼠标或打个电话就能获得,但对于科学家们而言,这些还远远不够。
      霍华德休斯医学研究所(HHMI)的研究员Joseph DeRisi,也是加州大学旧金山分校的生物化学与生物物理学教授。他所带领的研究团队通过宏基因组测序找到了使得宠物蛇治病的一种病毒。但是,他们发现该病毒无法在现存的哺乳动物细胞系中复制。
      后来Joseph DeRisi和其学生Stenglein从一条名为Juliet的大蟒蛇(死于淋巴瘤)的组织组织中分离并且永生化得到了可以连续增殖的Juliet细胞系。利用这些细胞系,他们找到了检测沙粒病毒(Arenaviruses)的方法,确定了该病毒为蛇IBD疾病的致病因素。
      目前大的保藏库拥有的细胞系的物种丰富度还不够。Stenglein强烈建议研究者考虑建立新的细胞系,特别是代表性的物种。
 
细胞保藏库
      早先有政府经费支持,因此ATCC愿意接受研究人员的任何请求。20年前政府停止提供经费,该非盈利机构只能增加那些他们认为具有高需求和广泛科学兴趣的新细胞系。
      卡瑞尔医学研究所仍然具有充足的联邦经费支持,但是他们的关注点在于人类和非人的灵长类细胞系。该研究所维持了一个具有数千样品的保藏库,范围涵盖了从脐带血到患罕见遗传疾病的患者临床分离样品。
除了保存现有细胞系,保藏库利用已有细胞系进行新的修饰,建立构建新细胞系。这是利用已知细胞系,满足各种需求时的常用策略。优化培养特定病毒或最大化重组蛋白产出的细胞经常来源于这种修饰。目前,实现无限增殖最快捷的一条途径是通过病毒感染。例如,来源于SV40的大T抗原,或者来源于人类乳头状瘤病毒的E6和E7原癌基因,可以快速地将原代细胞培养转换为无限增殖细胞系。
      病毒原癌基因能有效地将细胞转化为肿瘤,它们趋向于改变细胞的特性。现有的原癌基因也有某种限制范围,它们并不能在所有的细胞型上起作用。许多细胞培养专家hTERT(human telomerase reverse transcriptase,hTERT)建立连续细胞系。该技术最初研发于1999年,这种技术能够使细胞表现出原代培养的特性,但繁殖起来却像连续细胞系。
      肿瘤样品已经获得无限复制的能力,但常常需要一点帮助才能实现无限增殖。对于原淋巴细胞来说,最容易的方法经常要使用Epstein-Barr病毒来感染细胞,这样在自然转化细胞的同时保持了大部分的正常生理活性。无论采用哪种技术构建新细胞系,细胞培养的常见问题依然会出现,例如微生物污染。
新型细胞系
      新型的细胞系如蝙蝠细胞系可以帮助人们做很多事情。马里兰医学院的博后Donaldson当时正在寻找一种冠状病毒。冠状病毒家族中包括了导致传染性非典型肺炎(SARS)和中东呼吸综合征(MERS)的病毒,这种病毒在蝙蝠体内很常见。遗憾的是,这些病毒一直难以从它们的自然储藏库中分离出来。
      Donaldson使用了细胞分选仪来分离蝙蝠组织中的细胞,然后将hTERT和一个称为BMI-1的小鼠原癌基因引入到细胞中,试着进行无限增殖。绝大多数的实验都失败了,包括来自代表了4个物种的10只蝙蝠的多种组织。该团队最终从三种不同的蝙蝠中构建了三个细胞系,并且能够在这些新细胞系中培养全新的冠状病毒。
      蝙蝠是在进化上最多样的哺乳动物类群,流行病专家开始越来越怀疑它们可能是大量新兴病原体的携带者。这正是德国波恩大学医学中心病毒学研究所的Isabella Eckerle试图建立更多的蝙蝠细胞系的原因。
      Eckerle和她的同事们从两个蝙蝠物种的呼吸道上皮细胞中构建了新的细胞系,这两种蝙蝠代表了两个主要的蝙蝠亚目:Yangochiroptera和Yinpterochiroptera。“蝙蝠可能是最重要的空气传播病毒家族的主要宿主,如副粘病毒、冠状病毒或者是最近在蝙蝠中发现的流感病毒。”Eckerle说。通过仔细解剖微小的气管并建立原初培养,她使用SV40 T抗原来实现无限增殖。她和她的同事目前正在从其他蝙蝠组织以及其他种中构建额外的细胞系。
      正如该领域的其他人一样,Eckerle也同意建立新细胞系很容易使人有挫败感,但是她认为回报是值得的:“因为这些模型十分新颖,你可以用它们来做许多事情。”