「衆裏尋他(tā)千百度」，用(yòng)來形容藥物(wù)篩選，再合适不過。百餘年前，細胞作(zuò)為(wèi)模型系統被用(yòng)于藥物(wù)篩選和疾病研究，讓這一繁雜、困難的工(gōng)作(zuò)逐步邁向「柳暗花(huā)明」，幫助研究人員篩選出了不少更為(wèi)安(ān)全、有(yǒu)效的藥物(wù)。今天，就讓我們一起走近幾種代表性的細胞模型。

原代細胞

原代細胞是通過酶解或物(wù)理(lǐ)方法從活體(tǐ)組織（例如活檢材料）或者血液中(zhōng)直接分(fēn)離獲取，并在體(tǐ)外培養的細胞。由于原代細胞經曆極少的群體(tǐ)倍增，保留了其原始組織的表型和基因型特征，因此比連續（腫瘤或人工(gōng)永生化的）細胞系更能(néng)代表其來源組織的主要功能(néng)成分(fēn)。

盡管優點衆多(duō)，但不可(kě)否認的是，原代細胞的分(fēn)離可(kě)能(néng)費時、費力，而且每種細胞類型都有(yǒu)其獨特的營養需求。同時，細胞産(chǎn)量在培養過程中(zhōng)還可(kě)能(néng)發生變化，随着時間的推移，細胞在培養和衰老的過程中(zhōng)會變得不易擴增。

人體(tǐ)的原代細胞可(kě)用(yòng)于确定從動物(wù)模型外推所得人類數據的準确性，人肝細胞便是一項已在體(tǐ)外藥物(wù)毒理(lǐ)學(xué)領域廣泛使用(yòng)的原代細胞實例。

圖 1  在原代肝細胞中(zhōng)進行藥物(wù)/化合物(wù)的吸收、分(fēn)配、代謝(xiè)、排除以及毒性（ADME/TOX）的研究，對于評估藥物(wù)安(ān)全及藥代動力學(xué)至關重要。

盡管原代肝細胞在毒理(lǐ)學(xué)研究中(zhōng)的價值已經得到了廣泛的認可(kě)，但由于供體(tǐ)不足、成本較高、不同細胞來源間較大的遺傳差異、肝細胞在體(tǐ)外的增殖能(néng)力有(yǒu)限，以及原代細胞無法避免的缺點（壽命短、體(tǐ)内功能(néng)的迅速喪失），限制了原代細胞在毒理(lǐ)學(xué)研究中(zhōng)的應用(yòng)。

在這種情況下，細胞系應運而生。

細胞系

細胞系指的是原代細胞培養物(wù)經首次傳代成功後所繁殖的細胞群體(tǐ)，在其存活期間，具(jù)有(yǒu)最高生長(cháng)能(néng)力的細胞将占據主導地位，導緻細胞群體(tǐ)在基因型和表型上可(kě)以達到一定程度的均一性，故而可(kě)以用(yòng)于解決原代細胞培養中(zhōng)壽命短和擴增受限的問題。

相比于原代培養的細胞，細胞系更為(wèi)均一和标準化，在藥物(wù)篩選和毒理(lǐ)學(xué)研究中(zhōng)具(jù)有(yǒu)重要作(zuò)用(yòng)，舉個例子：

HepG2 細胞系（源自肝癌組織）是正常肝細胞的有(yǒu)效替代物(wù)，HepG2 細胞系顯示出與天然肝細胞相似的形态和功能(néng)特性，可(kě)以合成肝細胞相關的血清蛋白（清蛋白、α2-巨球蛋白、絲氨酸蛋白酶抑制劑 A1、α-抗胰蛋白酶，轉鐵蛋白和血纖維蛋白溶酶原等）。

圖 2  常用(yòng)細胞系示意圖

細胞系可(kě)以分(fēn)為(wèi)有(yǒu)限細胞系和無限細胞系，有(yǒu)限細胞系壽命有(yǒu)限，在衰老之前可(kě)傳代 20-80 次；無限細胞系則具(jù)有(yǒu)無限繁殖的能(néng)力，即永生化。源自宮頸癌細胞的 HeLa 細胞系是最著名(míng)的細胞系，也是醫(yī)學(xué)研究中(zhōng)的重要工(gōng)具(jù)。

同樣的，細胞系的缺點也很(hěn)明顯：

1. 容易發生自然或誘導突變，在經曆非常多(duō)的傳代後，細胞系可(kě)能(néng)會發生一些基因型乃至表型的改變；

2. 細胞污染，全世界使用(yòng)的細胞系中(zhōng)有(yǒu)約 15–20% 被錯誤識别或被其他(tā)類型的細胞污染。

盡管如此，細胞系作(zuò)為(wèi)是一種簡單而有(yǒu)效的工(gōng)具(jù)，仍是學(xué)術領域和制藥行業研究的主要手段，不得不說，永生癌細胞系是研究癌症生物(wù)學(xué)和測試抗癌療法的寶貴模型。

幹細胞

近年來，在生物(wù)制藥領域，研究的思維方式逐漸從基于原代和細胞系的系統轉向更強大、更現實和更具(jù)個性化的幹細胞系統。

幹細胞具(jù)有(yǒu)無限的增殖能(néng)力和産(chǎn)生各種類型細胞的可(kě)塑性，相比于原代細胞和細胞系，其在發育生物(wù)學(xué)、疾病建模和細胞治療領域具(jù)有(yǒu)巨大的潛力。

根據不同的分(fēn)化潛能(néng)，幹細胞可(kě)分(fēn)為(wèi)全能(néng)幹細胞、多(duō)能(néng)幹細胞、單能(néng)幹細胞；根據發生學(xué)來源進行分(fēn)類，幹細胞又(yòu)可(kě)以分(fēn)為(wèi)成體(tǐ)幹細胞以及胚胎幹細胞。

成體(tǐ)幹細胞

成體(tǐ)幹細胞，是指存在于一種已經分(fēn)化組織中(zhōng)的未分(fēn)化細胞，這種細胞能(néng)夠自我更新(xīn)并且能(néng)夠特化形成組成該類型組織的細胞。

骨髓間充質(zhì)幹細胞（BM-MSCs）以及造血幹細胞（HSCs）便是是從成人組織中(zhōng)分(fēn)離出來的，具(jù)有(yǒu)自我更新(xīn)的能(néng)力的成體(tǐ)幹細胞，這些多(duō)能(néng)成體(tǐ)幹細胞被廣泛用(yòng)作(zuò)預測藥物(wù)毒性的體(tǐ)外細胞模型。

Bio-Techne 可(kě)提供 BM-MSCs 及 HSCs 分(fēn)離、鑒定、培養、誘導分(fēn)化的全套解決方案，以 MSCs 的研究為(wèi)例：

胚胎和誘導性多(duō)能(néng)幹細胞

胚胎幹細胞（ESCs）是指由胚胎内細胞團或原始生殖細胞經體(tǐ)外抑制培養而篩選出的細胞。1998 年，研究人員從胚泡階段的内細胞團中(zhōng)分(fēn)離出了第一個人胚胎幹細胞系。2007 年，成人體(tǐ)細胞被重新(xīn)編程為(wèi)多(duō)能(néng)性幹細胞，被稱為(wèi)人類誘導多(duō)能(néng)幹細胞（iPSCs）。

人類胚胎幹細胞和誘導多(duō)能(néng)幹細胞被統稱為(wèi)多(duō)能(néng)幹細胞，能(néng)夠長(cháng)期自我更新(xīn)，且可(kě)以向三個胚層（内胚層，中(zhōng)胚層和外胚層）的細胞類型分(fēn)化。這些特性使得它們成為(wèi)評估藥物(wù)和有(yǒu)毒化合物(wù)的有(yǒu)力工(gōng)具(jù)。

圖 3  使用(yòng) StemXVivo Hepatocyte Differentiation Kit 将 iPSK3 人誘導多(duō)能(néng)幹細胞再分(fēn)化為(wèi)肝細胞樣細胞，并将細胞接種于 96 孔闆中(zhōng)，使用(yòng)肝毒性化合物(wù)（Carboplatin、Doxorubicin、Crizotinib、Tacrine）進行篩選。細胞活力（A）和脂質(zhì)代謝(xiè)（B）分(fēn)析表明，肝毒性化合物(wù)對 iPSCs 衍生的肝細胞的毒性具(jù)有(yǒu)劑量依賴性。

在未分(fēn)化狀态下，多(duō)能(néng)幹細胞還是發育毒理(lǐ)學(xué)的重要體(tǐ)外模型。衆所周知，胚胎發育是一個特别易受藥物(wù)和有(yǒu)毒化合物(wù)侵害的時期，動物(wù)模型很(hěn)難概括藥物(wù)對人類發育早期事件的影響，而多(duō)能(néng)幹細胞因其特性，為(wèi)研究胚胎發生過程中(zhōng)的藥物(wù)毒性提供了一個獨特且可(kě)行的平台。

此外，多(duō)能(néng)幹細胞所具(jù)有(yǒu)的分(fēn)化為(wèi)所有(yǒu)細胞類型的能(néng)力，對于研究稀少或難以分(fēn)離的細胞類型（例如神經元或心肌細胞）來說極具(jù)價值。相關研究表明，多(duō)能(néng)幹細胞對疾病建模，藥物(wù)篩選和毒性測試具(jù)有(yǒu)較大的幫助。

最後，人誘導多(duō)能(néng)幹細胞還可(kě)以建立疾病個性化的細胞模型，以協助糖尿病、囊性纖維化、帕金森氏病和精(jīng)神分(fēn)裂症等疾病的研究。舉個例子，從患有(yǒu)家族性自主神經功能(néng)異常（一種罕見的、緻命的遺傳性疾病，可(kě)以影響神經嵴細胞系的産(chǎn)生）的患者的 iPSCs 衍生出的神經嵴前體(tǐ)細胞，再将這些前體(tǐ)細胞用(yòng)于新(xīn)藥篩選，有(yǒu)助于設計更安(ān)全、更有(yǒu)效的治療方案。

圖 4  采用(yòng) iPSCs 衍生的細胞進行個性化毒性檢測

多(duō)能(néng)幹細胞的鑒定與研究包括培養、分(fēn)化、驗證等環節，Bio-Techne 可(kě)提供相關的培養基、試劑盒、細胞因子及小(xiǎo)分(fēn)子化合物(wù)：

當然，不論是原代細胞，還是細胞系，抑或是幹細胞，在實際應用(yòng)中(zhōng)，都離不開具(jù)體(tǐ)的細胞培養。細胞培養作(zuò)為(wèi)一種在體(tǐ)外模拟體(tǐ)内環境，使細胞生存、生長(cháng)、繁殖并維持主要結構和功能(néng)的一種方法，與研究的成功與否息息相關。

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