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科学家利用统计学工具对人类多能干细胞培养基组分进行标准化优化

来源:生物谷 2015-05-07 11:49

2015年5月7日 讯 /生物谷BIOON/ --人类多能干细胞(hPSCs)拥有分化为所有类型机体细胞的能力,这种能力使得hPSCs可以作为一种动态工具用以研究早期人类机体的发育以及疾病的发生。近日一篇发表于国际杂志Scientific Reports上的研究论文中,来自加利福尼亚大学的研究人员通过利用一种名为“试验设计”(DOE)的强大统计学工具确定了生长培养hPSCs的最佳细胞培养基组分。

研究者Alysson Muotri教授表示,当前有很多不同的培养基制作方法并没有达到最优化,或者甚至没有化学定义,而且存在很多因子可能会影响干细胞的生长,这在很多方面会影响科学研究,比如减缓科研进展,同时使得其它实验室很难重现研究结果等,其中一种原因就是使用的培养基不一样。

这项研究中,研究者利用DOE测定了hPSC培养基中使用的两种典型生长因子:碱性成纤维细胞生长因子(bFGF)和神经调节蛋白-1β1(NRG-1β1),DOE通常用于测定并且解释数据的改变,但在生物学领域中应用并不是很多。基于前期研究者对hPSC培养基中成百上千个因子的分析,研究者确定了bFGF和NRG-1β1的最佳组成,然而这种组成方式却并不是一成不变的,如果在后期研究中发现一种影响hPSCs增殖的新因子,那么或许研究者就应该将其加入到DOE模块中,来进行快速检测,同时这种因子也有可能重新加入到培养基的成分之中,对培养基进行再次优化。

研究者希望本文研究或为制定hPSC培养基的新标准提供一定的思路,世界上任何一个实验室都将会利用相同的培养基组分,从而使得研究结果具有一定的可比性;同时这种方法可以用于在人类胚胎干细胞分化过程中培养基组分的开发,研究者想开发一种过渡性的培养基成分使其可以在细胞特殊化模拟人类胚胎的过程中快速做出改变。(生物谷Bioon.com)

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Systematic optimization of human pluripotent stem cells media using Design of Experiments

Paulo A. Marinho, Thanathom Chailangkarn & Alysson R. Muotri

 

Human pluripotent stem cells (hPSC) are used to study the early stages of human development in vitro and, increasingly due to somatic cell reprogramming, cellular and molecular mechanisms of disease. Cell culture medium is a critical factor for hPSC to maintain pluripotency and self-renewal. Numerous defined culture media have been empirically developed but never systematically optimized for culturing hPSC. We applied design of experiments (DOE), a powerful statistical tool, to improve the medium formulation for hPSC. Using pluripotency and cell growth as read-outs, we determined the optimal concentration of both basic fibroblast growth factor (bFGF) and neuregulin−1 beta 1 (NRG1β1). The resulting formulation, named iDEAL, improved the maintenance and passage of hPSC in both normal and stressful conditions, and affected trimethylated histone 3 lysine 27 (H3K27me3) epigenetic status after genetic reprogramming. It also enhances efficient hPSC plating as single cells. Altogether, iDEAL potentially allows scalable and controllable hPSC culture routine in translational research. Our DOE strategy could also be applied to hPSC differentiation protocols, which often require numerous and complex cell culture media.

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