Необходимы более тщательный контроль и улучшение протоколов в изучении клеточных процессов и воспроизводимости исследований

Условия культивирования разных типов клеток в сосудах или чашках Петри значительно различаются между собой и от условий в живом организме. Это может быть причиной «кризиса воспроизводимости» в биомедицинских исследованиях, согласно выводам команды биологов из Университета науки и технологий имени короля Абдаллы (KAUST). К такому заключению привели постоянные наблюдения за тремя разными типами клеток, включая человеческие плюрипотентные стволовые клетки, в течение трёх дней. Это и дальнейшие исследования могут привести к улучшению стандартов и протоколов для экспериментов с клеточными культурами в лаборатории.

Невозможность контролировать условия культивирования клеток сильно затрудняет для учёных воспроизведение экспериментов, что критически важно для подтверждения значимости и точности научных результатов.

«Учёные всё ещё открывают факторы, способствующие поддержанию идеальной среды для культивирования клеток, чтобы точно имитировать человеческий организм, — объясняет научный сотрудник Шэннон Кляйн. — Но это непростая задача, требующая параллельного прогресса в технологиях и инженерии».

Команда исследователей под руководством морского эколога Карлоса Дуарте и биолога Мо Ли наблюдала за средой клеток, выращенных во флаконах в контролируемом инкубаторе — стандартном методе, известном как batch culture (периодическое культивирование), — в течение трёх дней. Использовались три разных типа клеток: человеческие плюрипотентные стволовые клетки, линия раковых клеток и тип белых кровяных телец. К некоторым флаконам каждого типа клеток были прикреплены оптические сенсоры для мониторинга изменений уровней растворённого кислорода и углекислого газа по мере роста клеток. Другие флаконы извлекались каждые восемь часов и затем утилизировались после измерения скорости роста клеток и кислотности среды.

«Мы были удивлены, обнаружив, что среды в периодических культурах клеток во много раз отличаются от их естественной среды в человеческом организме», — говорит аспирант Самхан Альсолами.

Степень изменений, происходивших в культурах, варьировалась в зависимости от типа клеток, но в целом, по мере увеличения плотности клеток, количество растворённого кислорода в среде уменьшалось, а углекислого газа — увеличивалось. Это, в свою очередь, повышало кислотность окружающей среды. Разная степень этих изменений для каждого типа клеток, вероятно, обусловлена различиями в скорости роста и метаболизме клеток. Эти изменения влияют на клеточные процессы.

«Сейчас мы изучаем функциональные последствия нестабильности среды культивирования клеток, анализируя экспрессию генов, а также эпигенетические и метаболические изменения в клетках, выращенных в чётко определённых условиях», — говорит Мо Ли.

Будущие исследования команды будут направлены на разработку рекомендаций по улучшению условий культивирования для разных типов клеток. Тем временем исследователи предлагают внести поправки в существующие протоколы периодического культивирования — например, снизить плотность клеток или адаптировать культуральные сосуды — чтобы помочь ограничить изменения допустимыми пределами. Также можно использовать коммерчески доступные системы для непрерывного разбавления культур свежей средой или автоматического добавления газов и корректировки кислотности среды для поддержания клеточной среды.