用還是不用？血清微小差異將改變實驗結果

當Alastair Khodabukus試著在美國加州大學戴維斯分校新實驗室製作肌肉纖維時，他發現一些奇怪的事情：這些組織在痙攣。數年來，他一直在用同樣的鼠源克隆技術培養纖維，但這些卻與眾不同。與之前他在英國鄧迪的實驗室培育出的纖維相比，它們需要更多的葡萄糖，而包含的能促進更快放鬆及不易疲勞的蛋白質更少。Khodabukus認為，這些不同歸因於美國牛的飼養方式不同。

大多數大學實驗室採用牛胎兒血清（FBS）培養細胞。牛的飲食、地理位置、年齡、是否使用激素或抗體，以及牛胎兒孕周等均會產生影響。FBS被作為培養基的補充物，它能影響人造組織的厚度，並能使產物模擬細胞活動，甚至影響表面接受器對給定化合物的響應。

「FBS就像籠罩在頭上的烏雲，我們不知道它實際是什麼或不是什麼。」Khodabukus說。

而血清只是研究人員在研究細胞時需要考慮的諸多因素之一。在去年召開的美國國立衛生研究院（NIH）細胞培養和再生研討會上，生物製藥公司「吉利德科學」的癌症生物學家Richard Neve就擔憂，研究人員將變得不堪重負。「很多實驗室面臨大量問題。」

一般而言，相關研究的最基本步驟是確保細胞的基因一致性。而且，細胞行為也會受到濃度、增殖率、培養基、污染物和培養時間等的影響。而血清是細胞培養基中最常見的補充物，並至少應保持一致。通常，人類血清包含數千不同的蛋白質和小分子。而FBS複雜性相似，且富含支持胎兒快速生長的物質。

致力於研發血清替代物的Essential製藥公司的首席科學館Adam Elhofy表示，在血清中，大部分細胞並不與血液直接接觸，而是被液體包裹著。「血清里還富含荷爾蒙、生長因子和其他信號分子。」

走向無血清

為了克服障礙，試劑公司已經開發出無血清培養基。科學家也在追求「生物工藝」的應用，例如，藥用蛋白質和疫苗的生產。而那些了解細胞對培養條件微小變化十分敏感的幹細胞研究者也對此十分熱衷。

出於對一致性的擔憂和推動轉化醫學的願望，越來越多的研究者開始注意如何對待他們的細胞。MilliporeSigma 公司研究部戰略營銷主管Ken Yoon表示，這些都在鼓勵科學家遠離血清。

但無血清培養基並非總是可行的或實際的。「如果我們能不再用FBS，而是有一些更確定的東西，所有人都同意這是件大事。」美國國家綜合醫學科學研究所Jon Lorsch說，「問題是這有多切合實際？我們不知道答案。」

大部分無血清劑型只針對特定細胞類型或相關細胞系群。例如，供應商為中國倉鼠卵巢細胞提供無血清培養基。但ScienCell實驗室研發副總監Jennifer Welser-Alves指出，這些培養基並不適用於所有細胞類型：許多原始細胞被移出後，仍需要血清才能生長。「你能做的增加細胞並保持其增長的所有事情都是必要的。」她說。一些培養基要求增加至少2%的FBS，低劑量的血清有助於減少可變性。

不過，芒特普林森的培養基顧問Paul Price指出，即便具有可行性，很多研究者也不希望花費時間或冒著風險，掐斷細胞的血清供應。「自1980年以來，人們一直說血清將成為歷史，但到現在它仍然流行。」

另外，Khodabukus提到，骨骼肌纖維尚沒有商用培養製劑。他花費兩年時間修改了配方，結合了數十種生長因子和其他信號分子。但當纖維的性能隨不同血清出現變化時，打亂了他的研究計劃。「我計劃用今後所有時間研究這一領域，如果能成功，則將能用於全世界每個實驗室。」

無法擺脫的血清

Khodabukus 前博士後導師、加州大學戴維斯分校的Keith Baar則依靠一種更普通的解決方案：將實驗室溫度降低以儲存血清。當血清快要用盡時，他會訂購和檢驗至少4批貨源，觀察它們培養的細胞的效能，找出與當前實驗最匹配的。

之後購買100瓶同樣的血清。雖然這會花費其實驗室2.5萬美元，但這也意味著他們能繼續實驗，不用花數月時間檢驗更多的血清。科羅拉多大學癌症生物學家Matthew Sikora指出，不檢驗其血清的研究者可能陷入麻煩。

Sikora使用乳腺癌細胞系研究「弱雌激素」的效應。他購買了經過木炭處理的血清，以便剝離類膽固醇激素和其他多脂分子。然後他檢驗了血清中的細胞含有或缺乏雌激素受體，如果血清中的激素能被有效移除，那麼這些細胞的增值效率應該一致。

去年，他和同事不得不停止試驗6個月，當時連續批次的血清均無法達到其實驗目標。不同的荷爾蒙容量會「完全推翻」對一種癌症藥物如何工作的解釋。Sikora認為，血清中的未知變化能解釋他與合作者不能得到一致結果的原因。

即便研究人員進行批次檢驗，他們也可能不知道應當注意什麼。但奧蘭治兒童醫院細胞和發育生物學家Mariella Simon表示，研究人員永遠需要仔細。理論上，他們應該準備充足的血清完成整個實驗。如果在使用一批新血清時，他們應該確保沒有試劑發生變化，並有足夠的就血清進行比對，以避免因血清變化而出現的奇怪結果。

另外，污染也會擾亂實驗。最陰險的破壞者之一就是支原體。這種微小的細菌能偷偷溜過消毒器的邊緣，並能抵禦多種抗生素。它能吃掉細胞的營養並能改變DNA及蛋白質合成。

傳統的支原體檢驗需要數周，並仍會遺漏一些稀有菌株。美國模式培養物保藏所標準化工作負責人Yvonne Reid提到，基於聚合酶鏈反應（PCR）的檢驗能更快速準確地找到答案。

為了避免血清被污染，一些研究人員還選擇使用伽馬射線。包括支原體在內的一些普通污染物均對射線十分敏感。但射線也會損害蛋白質和生物活性分子的生長。許多供應商也提供經過伽馬射線照射過的血清，國際血清產業聯盟也成立了工作組檢驗這些血清的效果。

錯誤無處不在

細胞的物理環境影響深遠。美國波士頓威斯研究所研究人員發現，培養基僅出現變形和流動就會改變細胞。不同品牌的實驗室器皿能將不同的化學物質釋放到培養基中，並擾亂細胞代謝研究。

經過認真考慮的試劑添加也能以意想不到的方式改變細胞代謝：抗生素能損害線粒體活性。即便實驗室冰箱的玻璃門也能摧毀研究，原因是培養基中的一些化學物質對光線十分敏感。 此外， 細胞在給定的培養皿中的生長也不相同。

在這些實驗中，細胞本身就變成最大的變數。英國倫敦大學學院癌症研究員John Masters指出，沒有簡單快速的方法能知道細胞是否符合要求。

美國猶他州細胞培養顧問Leland Foster則認為，「實驗室要遠離這種變數，需要有專業人員指導。」他指出，培養細胞最好由細胞培養專家進行，而非實習生，前者能分辨出細胞在「微笑還是皺眉頭」。

在快速生長或相對穩定階段的細胞，其反應並不相同。如果它們在培養基中的時間過長，還會發生其他變化，並影響增殖。即便能確證細胞的遺傳統一性，細胞的其他重要屬性也無法確證。

Reid提到，由於存在如此多的不確定性，研究人員需要一周或更多時間優化細胞生長，並在實驗開始前總結生長概況。生長概況能告知研究人員何時收穫細胞，何時檢測等。

而重要的是，研究人員必須時刻保持警惕。「沒有一套實驗規程適合所有人。」Neve說。但忽視細胞的研究人員將會遇到更多困難。「有人的博士學位泡湯了、撥款丟了，甚至幾年的工作白乾了，原因就是沒有進行簡單的質量控制。」Masters說。

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