康斯坦茨大学 D 楼的窗面、庭院与傍晚天空
康斯坦茨大学 D 楼,2022 年(Redact4 / Wikimedia Commons;CC BY-SA 4.0)

2015 年工作坊的 GCCP 更新背景

2018 年 4 月 13 日,ALTEX 在线发表一份良好细胞培养规范(Good Cell Culture Practice,GCCP)工作坊报告。参与者来自约翰斯·霍普金斯大学(Johns Hopkins University)、康斯坦茨大学(University of Konstanz)及欧洲多家研究机构和企业,讨论原代人细胞、干细胞来源模型、类器官和器官芯片的质量管理问题。

报告源于 2015 年 12 月在德国康斯坦茨举行的工作坊。作者认为,原有培养规范需要跟上人源材料、三维组织和微流控装置的发展:细胞种类增加、培养周期延长、设备组成更复杂,都可能带来新的变异来源。

文章属于 GCCP 更新过程中的建议汇总。作者在结尾说明,各方在部分问题上仍有不同意见,也尚未形成正式修订指南。

原代细胞的质量从供者和组织记录开始

原代人细胞直接来自人体组织,不同来源材料可能经历不同的保存、运输和处理过程。组织是否患病、供者信息是否充分、组织获取后至开始培养期间的条件,都会影响后续细胞状态。

作者建议将来源资料与培养过程相连,记录细胞的特征、培养历史及与用途相关的功能。购买的细胞也需要说明其建立过程和扩增历史。

原代细胞还会在培养中发生状态变化。报告因此强调,不仅要看细胞是否存活、形态是否符合预期,还要检查实验所依赖的特定功能能否保持;保存早期材料可用于重新启动培养,或检查细胞状态随时间发生的变化。

来源追踪还涉及细胞身份与供者权利。报告建议保留可供身份核对的资料,将样本编码与供者信息分开管理,并明确知情同意所覆盖的研究、资料使用和共享范围。组织状态与培养历史记录,有助于区分供者差异和后续培养造成的变化。

评价干细胞身份、分化组成和成熟度

诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPSCs)可提供不同供者背景的细胞,用于疾病模型和药物试验。报告建议评价起始细胞的多能性、分化潜能及遗传稳定性,并检查分化产物的组成和功能。

分化培养体系可能包含多种细胞,同一流程在不同批次也可能形成不同的组成。报告因此强调在分化过程中追踪细胞状态,检查群体比例和功能变化,并预先明确与实验用途有关的可接受标准。

部分干细胞来源细胞的分子特征和功能仍接近胎儿阶段,与成人细胞存在差异。作者认为,发育毒性和分化过程研究对成年表型的依赖较小;某些器官功能也可在二维培养中体现,例如肾上皮细胞的物质转运。

器官样结构需要用预期功能来评价

报告将复杂器官样培养纳入微生理系统(microphysiological systems,MPS)的讨论,比较常规培养条件下的类器官与依赖微流控装置的体系。两者都试图体现部分器官结构和功能,但空间、营养供给及设备限制不同,质量记录也应反映这些区别。

对于药物研究,模型有哪些细胞、结构怎样形成,需要与预期功能一起说明。报告建议记录哪些器官功能应当出现、怎样评价以及实际结果;细胞死亡、肝细胞代谢、心肌收缩和神经电活动等指标反映模型的不同特征。

复杂模型的空间分布还会影响测量解释。位于局部的传感器可能只反映结构的一部分。保存后的功能维持也是模型评价内容之一。

培养基质、材料与芯片装置的影响

培养基、细胞外基质、培养表面以及芯片组件,都可能改变细胞所处的环境。报告建议考虑材料相容性、物质释放、对细胞分化和功能的影响,以及材料与蛋白质和小分子的相互作用等问题;这类因素可能改变实际药物暴露。

器官芯片还涉及与培养体系接触的管路和传感器,以及持续运行的设备条件。作者建议在报告中提供装置材料与技术规格、液体流动等相关记录,将生物学组成和工程条件放在同一个模型描述中。

检测指标应与细胞组成和功能相对应

报告区分高通量与高内涵检测:前者通常在大量样本中反复测量少数已明确的指标,后者通过组学或成像同时获取更多特征,需要较多的数据分析。对于混合细胞模型,整体信号可能受到非目标细胞比例影响;分化过程中的测量时间也会改变结果。

作者建议让检测指标反映研究所关心的功能或损伤机制。形态和标志物可用于表征细胞状态,同时还应考虑电活动、物质转运或其他细胞特异功能。活细胞染料本身也可能干扰生物过程,需要将测量方式对模型的影响纳入评价。

供应商资料与使用实验室的批次检查

商业试剂扩大了人源材料和复杂模型的可获得性,也带来配方与批次信息不透明的问题。报告讨论如何兼顾供应商的商业利益与研究者对必要信息的需求,避免不同实验室使用名称相同、实际条件却不清楚的材料。

作者建议供应商提供材料安全资料、分析证书和使用说明,并在产品组成或特征变化时告知用户。对于关键且易变的材料,使用这些材料的实验室仍应检查批次表现,确认细胞和试剂是否适合预定用途。

报告指出,技术商业化还可推动流程标准化、培训及用户社群建设,帮助不同实验室获得可比较的结果。

报告还引入通过过程控制保证质量的思路:先明确分化程度、纯度和功能等关键质量特征,再识别影响这些特征的过程因素,并确定能够维持产品质量的变动范围。这样,质量管理可同时检查最终模型和模型建立过程。

模型记录、人员培训与跨实验室重复性

报告建议加强跨学科培训:工程人员需要理解模型的生物学基础,生物学研究者也需要了解材料、装置和流体条件对模型的影响。专业工作坊和继续教育可帮助既有团队掌握这些知识。

工作坊参与者赞同改进体外研究的标准化、质量保证和报告方式。按照报告提出的计划,专家组将结合既有规范、工作坊意见及更多利益相关方的建议,起草 GCCP 2.0。

来源与延伸阅读

  1. Pamies D, Bal-Price A, Chesné C, et al. Advanced Good Cell Culture Practice for Human Primary, Stem Cell-Derived and Organoid Models as well as Microphysiological Systems. ALTEX. Published 2018-04-13. doi:10.14573/altex.1710081. ↗

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