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利用中空纤维生物反应器从培养的细胞中收集细胞外囊泡 无需去外泌体血清

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大多数细胞培养需要使用含有大量内源性细胞外囊泡的胎牛血清,这对于分离细胞来源的细胞外囊泡来说是一个不小的阻碍。1月31日,来自梅奥诊所的研究人员在著名的方法学杂志Methods in Molecular Biology上发表文章,描述了如何在中空纤维生物反应器中循环利用细胞培养液,并能够连续生产高浓度的细胞外囊泡,而不会受到血清细胞外囊泡的污染,适合下游的一系列应用。

 

目前许多用于收集细胞外囊泡(EV)的方法是基于从经典的细胞培养方法获得的培养基中分离而来。这通常是对在培养皿或培养瓶中生长的细胞进行分离,取细胞培养液,经过多轮离心或过滤,然后进行超速离心或密度梯度离心。这些方法有几个局限性,例如,它们需要大的输入量(即大规模培养细胞获得的大体积的细胞培养液),而且产量和浓度较低,并且这个过程非常耗时。除了这些限制之外,最大的挑战之一是需要在细胞培养基中使用胎牛血清(FBS)。大多数细胞培养需要使用FBS,然而,血清含有大量的血清来源的细胞外囊泡,并且在分离细胞来源的EV时容易受到含有FBS中的细胞外囊泡的污染。

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图1. 中空纤维生物反应器示意图。储液瓶含有培养液,灌注泵通过闭路循环培养液。新鲜的培养液通过中空纤维灌注以培养在封闭系统内生长的细胞。细胞生长可以通过代谢产物如葡萄糖和乳酸梯度扩散渗入循环培养基中来监测。

 

上述这些限制可以通过使用中空纤维生物反应器来克服。这是一种三维培养体系,包含在封闭系统内培养的细胞,细胞可在内部扩增而不需要在培养瓶里生长。中空纤维是小的具有分子量截留作用的半透性聚砜膜,锚定在管状的封闭系统中。封闭系统具有两个隔室,纤维腔内的毛细管间隙和围绕中空纤维的毛细管外空间(ECS)。管状的封闭系统连同里面的细胞进入ECS区域内,细胞粘附在中空纤维的外侧,并且通过在毛细管间隙内的灌注来供给营养物质。中空纤维为细胞粘附提供了很大的表面积,并且培养基能够被连续地泵送到纤维之内以使得营养物质、气体和废物的交换(图1)。细胞可以长时间保持在系统中。上清液可从ECS收集,并可用于分离生物反应器内生长细胞释放的细胞外囊泡。最重要的是,在ECS内使用无血清培养基可以避免FBS内细胞外囊泡的污染,细胞需要适应没有血清的培养基环境中的生长。使用中空纤维生物反应器技术能够成为培养细胞产生高浓度细胞外囊泡的连续来源,该过程可以进一步扩大生产规模或适应GMP标准的扩展。

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图2. 典型的中空纤维生物反应器装置的部件。整个装置,包括灌注泵,都在一个温控细胞培养箱内。(a)气体交换循环器; (b)Luer-Lok收集和注射口(附有注射器); (c)中空纤维筒; (d)循环培养基入口; (e)循环培养基出口; (f)全部的培养基; (g)灌注泵的管路接口(泵未显示)。
参考文献:Yan IK, Shukla N, Borrelli DA, Patel T. (2018) Use of a Hollow Fiber Bioreactor to Collect Extracellular Vesicles from Cells in Culture. Methods Mol Biol 1740:35-41.

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