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科學(xué)家們在進(jìn)行造血干細(xì)胞研究時(shí)，經(jīng)常感到困惑，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)結(jié)果重復(fù)性不高。經(jīng)過多年的研究終于找到了“元兇”——氧氣。人體血液的生理氧值遠(yuǎn)低于空氣中的氧值(21% O2)，動(dòng)脈血氧濃度最高為10-13% O2，靜脈血平均5-6% O2，而在健康組織中，氧的含量則更低。新生血細(xì)胞來自骨髓，生理氧氣值從6%到1%不等。然而在不同氧氣含量下，結(jié)果也是不同的。這到底是為什么呢？科學(xué)家們針對氧含量對血細(xì)胞的影響展開了激烈的學(xué)術(shù)交流，讓我們來從中尋找答案。
羅杰·羅恩(Roger Ronn)博士，在愛丁堡大學(xué)(University of Edinburgh)伊萊恩·齊爾扎克(Elaine Dzierzak)的實(shí)驗(yàn)室工作。他最近在《Stem Cells》雜志上發(fā)表了關(guān)于活性氧對造血干細(xì)胞培養(yǎng)影響的論文。BioSpherix首席科學(xué)官艾麗西亞·亨博士(Alicia Henn) 就論文與羅杰·羅恩(Roger Ronn)博士進(jìn)行了交流。
所謂的活性氧, 概括地說,是指機(jī)體內(nèi)或者自然環(huán)境中由氧組成, 含氧并且性質(zhì)活潑的物質(zhì)的總稱。在人體中，氧活性主要產(chǎn)生在有氧代謝中，氧氣可以在線粒體內(nèi)膜和基質(zhì)中轉(zhuǎn)變成氧自由基，人體中氧濃度跟活性氧的多少密切相關(guān)?；钚匝踹€與一些疾病密切相關(guān)，比如糖尿病，自身免疫疾病等。在羅杰·羅恩的研究中，我們驚嘆活性氧對細(xì)胞影響實(shí)在太大了。細(xì)胞暴露在較高水平的氧氣下，也就是我們平時(shí)在常氧下進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)，會(huì)鼓勵(lì)自發(fā)氧化，這對ROS的形成有重要作用。那么ROS對造血干細(xì)胞有什么影響嗎？答案是肯定的，首先低ROS和高ROS細(xì)胞具有不同的增殖能力。羅杰·羅恩使用了一種方法來測量胞內(nèi)ROS含量不同的細(xì)胞中DNA斷裂的數(shù)量。發(fā)現(xiàn)高ROS細(xì)胞的DNA損傷更多?；钚匝跻矔?huì)對其他細(xì)胞成分造成氧化損傷，如蛋白質(zhì)和脂質(zhì)。即便如此，造血干細(xì)胞與其他細(xì)胞相比可能對氧化損傷更加敏感。羅杰·羅恩將氧氣水平降低到了4%，顯著降低了造血干細(xì)胞ROS。羅杰·羅恩激動(dòng)的說道：“真正讓我感到動(dòng)力的是，在花了數(shù)年時(shí)間思考在實(shí)驗(yàn)室中產(chǎn)生功能性造血干細(xì)胞困難的原因之后，我終于有了另一種理論來解釋它”。
Abhilasha Tiwari博士是里奇中心、哈德遜醫(yī)學(xué)研究所和莫納什大學(xué)的SIEF-STEM+商業(yè)博士后研究員。BioSpherix科學(xué)官與蒂瓦里博士在談到她最近發(fā)表在《Stem Cells and Development》雜志上的文章《Impact of Oxygen Levels on HumanHematopoietic Stem and Progenitor Cell Expansion》時(shí)，AbhilashaTiwari指出， “每個(gè)培養(yǎng)細(xì)胞的科學(xué)家都應(yīng)該非常清楚，不僅溫度、濕度和二氧化碳，而且氧氣也需要被密切控制和監(jiān)控。我們開始觀察細(xì)胞外氧水平的原因之一是我們無法復(fù)制我們早期的結(jié)果。所以我認(rèn)為監(jiān)測氧氣是非常重要的。它會(huì)影響細(xì)胞的代謝狀況。每次我們改變氧氣濃度，細(xì)胞就會(huì)受到壓力，從而影響繁殖能力。我想說的是，氧濃度以及細(xì)胞在體外暴露的其他代謝條件必須公開”。
科學(xué)家們對細(xì)胞氧含量的精確控制已經(jīng)達(dá)到“吹毛求疵”的境界，建議細(xì)胞培養(yǎng)時(shí)，培養(yǎng)基提前6，7小時(shí)放入所需的氧氣含量中，在培養(yǎng)過程中不要打開門，氧濃度的短暫變化也會(huì)影響細(xì)胞基因水平表達(dá)。
BioSpherix的科學(xué)官也與其他研究造血干細(xì)胞的科學(xué)家進(jìn)行交流。他們表示，造血干細(xì)胞的研究最終是服務(wù)大眾的，是為了移植達(dá)到治療疾病的目的，其中包括針對免疫缺陷、自身免疫性疾病、鐮狀細(xì)胞、腦癱、早產(chǎn)并發(fā)癥和中風(fēng)。然而，單個(gè)臍帶血單元通常不具有完全移植所需的細(xì)胞產(chǎn)量，但是通常在常氧下培養(yǎng)的細(xì)胞是達(dá)不到要求的。正如我們剛才所說，細(xì)胞內(nèi)活性氧(ROS)水平與造血干細(xì)胞的分裂和分化能力密切相關(guān)，患者可以從中獲益，治愈疾病。
針對血液/血液學(xué)的研究，BioSpherix公司提供了不同型號的低氧室和低氧工作站，旨在幫助研究人員提高實(shí)驗(yàn)的重復(fù)性和他們工作的相關(guān)性。
低氧室，ProOx C21 & C-Chamber是一個(gè)子室系統(tǒng)，允許研究人員在不增加實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的情況下，在現(xiàn)有的細(xì)胞培養(yǎng)箱中增加對特定O2水平的控制。添加兩個(gè)或更多的ProOx C21和C-Chamber低氧室有助于在多個(gè)氧水平上同時(shí)控制整個(gè)病理生理值。
Xvivo系統(tǒng)，結(jié)合一個(gè)或多個(gè)O2孵育箱和可連接在一起的工作站。這為整個(gè)細(xì)胞實(shí)驗(yàn)提供了不變的低氧條件。Xvivo系統(tǒng)可以配備多個(gè)O2孵育箱，因此研究人員可以在不同O2濃度下同時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。Xvivo系統(tǒng)的工作站兼容培養(yǎng)箱，允許在與培養(yǎng)箱相同的條件下進(jìn)行細(xì)胞處理和細(xì)胞分析。
動(dòng)物箱模型- ProOx 360 & A-Chamber
Oxycycler A84XOV來提供間歇性缺氧的體內(nèi)模型。它使復(fù)雜的氧氣控制變得程序化并且簡單化。通過電腦軟件，可預(yù)編程和存儲不同的氣體濃度升降位點(diǎn)、持續(xù)時(shí)間以及循環(huán)次數(shù)，實(shí)時(shí)記錄和存儲動(dòng)物籠內(nèi)氣體濃度，可同時(shí)控制4 個(gè)動(dòng)物籠，便于設(shè)置并行實(shí)驗(yàn)。O2控制范圍0.1%～99.9%。
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