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用 HPLM 创建生理相关的细胞培养模型
Gibco 人血浆样培养基（HPLM）旨在通过模拟人血浆成分，来更好地模拟人体的自然细胞环境。
广泛使用的合成细胞培养基（包括 MEM、DMEM、RPMI 1640 和 DMEM/F-12）所含葡萄糖、氨基酸、维生素和盐的浓度在很大程度上不能反映人血浆中的浓度。这些培养基也缺乏模拟人血浆所需的额外成分。当研究癌症和其他疾病时，更具生理相关性的培养基获得的结果将使研究人员能助其提高对人类功能和疾病的理解。
HPLM 溶液
Gibco HPLM 包含60多种极性代谢物，如氨基酸、核酸、糖和小分子有机酸，这些代谢物浓度与人血浆中的浓度相同，盐浓度也与人血浆中的盐浓度一致。HPLM 类似于人体内的自然细胞环境，使有助研究人员能够研究模拟人体生理环境的细胞培养基对其特定应用的影响。
补充胎牛血清（FBS）的 HPLM 可支持细胞生长和活力，与传统 FBS 补充基础培养基组分相当。大多数细胞系无需适应即可直接从传统培养基过渡到 HPLM。
HPLM 在以下几个方面细胞培养实验有益：
- 生理相关—采用60多种极性代谢物和盐浓度，类似于人体内的自然细胞环境
- 文献支持——HPLM 配方已用于大量已发表的研究工作
- 易于使用——添加 FBS 即可直接替代当前的培养基
认识 HPLM 的发明者
人血浆样培养基的发明者是 Jason R. Cantor。
在位于剑桥的麻省理工学院 Whitehead 研究所，身为一名博士后的 Jason 正开始发明一种以后将成为人血浆样培养基（HPLM）的生理培养基，这种培养基旨在更密切地反映人血液的代谢成分，从而允许在与人体生理环境更类似的生化条件下对培养细胞进行研究。
2017年初，Cantor 发表过其开发情况及使用 HPLM 的初步研究（细胞）。点击此处阅读其发表的文章，Physiologic Medium Rewires Cellular Metabolism and Reveals Uric Acid as an Endogenous Inhibitor of UMP Synthase。
我们很荣幸能与 Jason 合作，将这项创新推向市场，并为 HPLM 能够为科学界的各个领域带来的巨大可能性而感到激动。正如Jason所指出的，"生理培养基的最新发展，与其他旨在解决细胞培养建模能力的研究一样，在提高对各种生物学和药理学研究的理解和解读方面具有巨大的潜力。"此处，您可阅读更多他在2019年评论中透露的信息：生理培养基的兴起 。
Jason 是 Whitehead 研究所 HPLM 专利申请的发明人。
使用 HPLM 的研究结果
- 性能
- 功能
- 客户故事
- 网络讲座
- 白皮书
研究发现细胞性能会受到 HPLM 使用的影响，这表明生理培养基有助于提高生理研究结果的相关性。
HPLM 重启细胞代谢
图像摘要： “其中最突出的是对嘧啶从头合成的抑制——这种抑制作用可追溯到尿酸，尿酸在人类血液中的含量比在小鼠和其他非灵长类动物中高10倍。我们发现尿酸可直接抑制尿苷单磷酸合酶（UMPS），从而能够降低癌细胞对化疗药物5-氟尿嘧啶的敏感性。因此，模拟人血浆成分的培养基揭示了不可预见的代谢途径和调节，意味着 HPLM 将具有无限的潜能。”
经许可转载自：Cantor JR, Abu-Remaileh M, Kanarkek N et al.(2017) Physiologic medium rewires cellular metabolism and reveals uric acid as an endogenous inhibitor of UMP synthase.Cell 169: 258–272.E17. doi: 10.1016/j.cell.2017.03.023
HPLM 促进 T 淋巴细胞活化
图像摘要： “其中最突出的是对嘧啶从头合成的抑制——这种抑制作用可追溯到尿酸，尿酸在人类血液中的含量比在小鼠和其他非灵长类动物中高10倍。我们发现尿酸可直接抑制尿苷单磷酸合酶（UMPS），从而能够降低癌细胞对化疗药物5-氟尿嘧啶的敏感性。因此，模拟人血浆成分的培养基揭示了不可预见的代谢途径和调节，意味着 HPLM 将具有无限的潜能。”
经许可转载自：Cantor JR, Abu-Remaileh M, Kanarkek N et al.(2017) Physiologic medium rewires cellular metabolism and reveals uric acid as an endogenous inhibitor of UMP synthase.Cell 169: 258–272.E17. doi: 10.1016/j.cell.2017.03.023
HPLM 中细胞的功能特性（包括形态和生长）与传统基础培养基组分相当。
人血浆样培养基维持细胞形态
图1.Gibco HPLM 支持 MCF7 细胞培养。MCF7 乳腺癌细胞在 DMEM 中培养 （货号 10566016） 或人血浆样培养基（HPLM，货号A4899101），且添加了10%的 FBS （货号 A3840101）。
图2.Gibco HPLM 可用于培养 HeLa 细胞。HeLa 人宫颈腺癌细胞在 DMEM 中培养 （货号 11965092） 或人血浆样培养基（HPLM，货号A4899101） ，且添加了10% FBS （货号 A3840101）。
图3.Gibco HPLM 可用于培养 LNCaP 细胞。LNCaP 人转移性前列腺癌细胞在 RPMI 1640中培养（左；货号61870036）或 HPLM（右；货号A4899101），且添加了10%的 FBS （货号 A3840101）。
人血浆样培养基可维持细胞生长
图4.细胞在 Gibco HPLM 中连续培养的生长率和传统培养基具有可比性。肿瘤细胞系 MCF7、HeLa、A549 和 THP-1 在添加了10%的 FBS （货号 A3840101）的 DMEM（蓝色）或 HPLM（红色）中生长，共传代5次。在每次传代结束时进行细胞计数，用于计算每次传代的平均群体倍增时间。
人血浆样培养基支持多种细胞类型的细胞生长
表1.人血浆样培养基成功培养了多种细胞
测试的细胞类型 |
细胞来源 |
|---|---|
| A375，贴壁 | 恶性黑色素瘤 |
| A549，贴壁 | 肺癌 |
| HCT116，贴壁 | 大肠癌 |
| 宫颈癌细胞 | 贴壁 宫颈腺癌 |
| Jurkat，悬浮 | T细胞白血病 |
| LNCaP，贴壁 | 转移性前列腺癌 |
| MCF-7，贴壁 | 转移性乳腺癌 |
| MDA-MB-231，贴壁 | 转移性乳腺癌 |
| NK，原代，悬浮 | 淋巴细胞，血液 |
| NOMO-1，悬浮 | 单核细胞/单核细胞白血病 |
| PLB-985，悬浮 | 骨髓性白血病 |
| Sp2，悬浮 | 小鼠B淋巴细胞 |
| THP-1，悬浮 | 单核细胞白血病 |
| U-2 OS，贴壁 | 骨肉瘤 |
| WM115，贴壁 | 恶性黑色素瘤 |
以下介绍了一些客户试用 Gibco HPLM 的案例
网络研讨会： 研究人细胞生物学的生理培养基
环境因素影响人体细胞生理学，也可能影响药物疗效，但用于研究人细胞的现有模型系统在理解这些贡献方面存在局限性。在本次网络研讨会中，Jason Cantor 博士将讨论人血浆样培养基（HPLM）的初步发展和使用，HPLM 是一种生理培养基，旨在更密切地反映人血液的代成分。通过检查 HPLM 与传统培养基中的人癌细胞系，Cantor 博士及其同事最近表明，HPLM 对代谢和基因重要性具有广泛影响，并且 HPLM 可用于揭示代谢调节和药物疗效的新见解。
主讲人：Jason R. Cantor，研究员，Morgridge 研究所，威斯康星大学麦迪逊分校生物化学助理教授
网络研讨会亮点：
- 完整的培养基是细胞培养研究的主力，通常由与人体遇到的条件不太相似的基础培养基和基本上未定义的血清添加剂组成
- 人血浆样培养基（HPLM）是一种相对较新的生理基础培养基，旨在更密切地反映人血液的代谢成分
- 与其他旨在解决细胞培养建模能力的努力一样，生理培养基的发展在提高对各种生物学和药理学研究的理解和解读方面具有巨大潜力
评估人血浆样培养基中癌症球状体的形成
摘要
- 人血浆样培养基（HPLM）是一种细胞生长成分，旨在模拟人血浆的代谢特征，以助维持细胞的生理状态。
- 我们证明了 HPLM 在几种充分研究的癌细胞系中支持癌症球状体生长的能力
图5.HPLM 支持3D球状体形成。在 RPMI 标准培养基和人血浆样培养基（HPLM）中培养5天的各种细胞类型的球状体的代表性图像。使用 Invitrogen EVOS M7000 成像系统采集的图像。比例尺 = 650 µm。
使用 HPLM 的最新出版物
- 免疫学
- 癌症
- 其他研究
Leney-Greene MA, Boddapati AK, Su HC, Cantor JR, Lenardo MJ. iScience.2020;23(1):100759。
- 研究领域： 免疫学
- 细胞系： 外周血单个核细胞（PBMC）、T 淋巴细胞
- 目的： 检测 HPLM 和 RPMI 对 T 淋巴细胞活化的影响
- 研究结果： “我们的数据证明，常规用于 T 淋巴细胞体外培养和检测的条件可能并不适合代谢研究，我们还发现了一种细胞外成分（钙），它在常规培养中经常会被研究人员考虑到。我们的方法还进一步证明了使用 HPLM 提高体外细胞培养系统建模能力的价值。
Sugiura A, Andrejeva G, Voss K, Heintzman DR, Beier KL, Wolf MM, Greenwood D, Ye X, Shahi SK, Freedman SN, Cameron AM, Foerch P, Bourne T, Xu X, Garcia-Canaveras JC, Mangalam AK, Rabinowitz JD, Rathmell JC.Immunity 2022 Jan 11;55(1):65-81.e9.
- 研究领域： 免疫学
- 细胞系：原代人 T 细胞
- 目的：了解 T 细胞活化增殖及产生炎症细胞因子的代谢机制
- 研究结果：“……这些数据表明 MTHFD2[亚甲基四氢叶酸脱氢酶-2] 是 Th17 和 Treg 细胞中的代谢检查点，有潜力成为抗炎免疫治疗的新靶点。”
Grzes KM, Sanin DE, Kabat AM, ..., Fabri M, Pearce EL, Pearce EJ.Immunity 2021 Nov 9;54(11):2514-2530.e7.
- 研究领域： 免疫学
- 细胞系：从 PBMC 分离的浆细胞样树突状细胞
- 目的：了解 IL-3 激活浆细胞样树突状细胞的机制
- 研究结果：浆细胞样树突状细胞与全身性红斑性狼疮（SLE）等自身免疫病有关。作者发现，不同的 L 氨基酸转运蛋白 SLC7A5 和 SLC3A2 在免疫刺激 DNA 序列 CpG-A 治疗中上调。基本上，IL-3 介导的 mTORC1 途径参与了对这种治疗的反应。这进一步带来了下游各种趋化因子和细胞因子的产生。除了在传统培养基中培养 pDCs 外，作者还在 Gibco HPLM 中培养以模拟体内情况。他们观察到在 Gibco HPLM 中这些细胞对 CpG-A 的反应取决于 IL-3 介导的 mTORC1 活性。只有显示高犬尿氨酸（SLC7A5 和 SLC3A2 的底物）摄取和核糖体蛋白 S6 的高磷酸化（mTORC1 活化指标）的细胞才有能力产生 IFN-a 和 TNF 以响应 CpG-A 治疗。这些数据为通过靶向氨基酸转运蛋白来抑制 pDC 活化提供了机制基础，这一过程有望治疗与 pDC 有关的疾病。
Cantor JR, Abu-Remaileh M, Kanarek N, Freinkman E, Gao X, Louissaint Jr A, Lewis CA, Sabatini DM.Cell 2017 Apr 6;169(2):258-272.
- 研究领域：癌症代谢
- 细胞系：K562、KMS12BM、NOMO1、P12 Ichikawa、SEM、SUDHL4、786-0、A549、MCF7、SW620、BJ、CLF-PED-015T、原发性急性髓系白血病细胞
- 目的：研究生理培养基对肿瘤细胞系培养的影响，这款生理培养基由氨基酸、盐和其他培养基中不常见的代谢物配制而成，旨在模拟人血浆成分
- 研究结果：“与传统培养基相比，在 HPLM 中培养显著改变了细胞代谢。其最显著的作用之一是抑制嘧啶从头合成，我们追溯到尿酸——一种代谢产物，其血浆浓度在高等灵长类动物中比其他哺乳动物高一个数量级……我们发现尿酸可直接抑制 UMP 合成酶（UMPS），从而可以降低癌细胞对化疗药物5-氟尿嘧啶的敏感性。”
Rossiter NJ, Huggler KS, Adelmann CH, Keys HR, Soens RW, Sabatini DM, Cantor JR.Cell Metab 2021;S1550-4131(21)00061-9.
- 研究类型：肿瘤生物学
- 细胞系：K562、MOLM-13、SUDHL4 和 NOMO1
- 目的： 探究传统培养基及 HPLM 人血浆类似培养基成分对人肿瘤细胞中基因必需性的影响
- 研究结果：“为了研究培养基成分如何影响基因必需性，我们对在传统培养基和人血浆样培养基（HPLM）中培养的人癌症细胞系进行了 CRISPR 筛选。依赖于培养基的条件必需基因簇跨多个细胞过程，并随自然细胞内在多样性以及培养基基础成分和血清成分的组合而变化。我们的研究结果揭示了培养基成分对人类细胞基因重要性的深刻影响，同时也提出了在 HPLM 中使用基因筛查来发现新的癌症脆弱性和基因营养相互作用的一般策略”
Choi BH, Conger KO, Selfors LM, Coloff JL.Cell Rep 2022 Jan 18;38(3):110278.
- 研究领域：癌症治疗，基因表达代谢
- 细胞系和培养条件：
- 人管腔型乳腺和基底样乳腺癌：HCC1 806、MCF7、MCF7-EMPTY、MCF7-PSAT1
- 根据已发表的配方（Cantor et al., 2017），细胞在添加了5%透析胎牛血清的人血浆样培养基中培养。至少两天换一次液。
- 目的：识别代谢基因表达的差异，这些差异可能限制通路冗余并造成治疗漏洞
- 研究结果：我们对乳腺癌谱系依赖性基因表达的研究揭示了丝氨酸代谢的新漏洞，特别是在管腔型乳腺肿瘤中。PSAT1 的谱系特异性抑制可在管腔型乳腺癌细胞中诱导丝氨酸缺陷，并使其对丝氨酸饥饿敏感。这些发现表明，谱系依赖性基因表达足以限制通路冗余，并产生可用于靶向特定肿瘤亚型的治疗脆弱性。”
Liu M, Wang Y, Yang C, Ruan Y, Bai C, Chu Q, Cui Y, Chen C, Ying G, Li B. J Exp Med 2020 Mar 2;217(3):e20191226.
- 研究领域：癌症代谢
- 细胞系：HeLa、MDA-MB-231、MCF-7、A549、HepG2、8133、SKOV3 和小鼠 4T1 细胞
- 目的：
- 建立电子平衡模型，揭示缺氧条件下代谢重编程的化学机制
- 使用 HPLM 测试生理（5%）、缺氧（0.5%）和正常氧气（20%）浓度下的细胞代谢
- 研究结果：“我们的模型提出了一种有前景的靶点组合，用于控制缺氧条件下的肿瘤生长。此外，基于我们的理念，通过阻断电子转移，可以进一步强化这种处理。因此，当前研究中开发的电子平衡模型将有助于我们更好地了解癌症代谢及未来的治疗应用。”
Kochanowski K, Sander T, Link H, Chang J, Altschuler SJ, Wu LF.Cell Reports 2021 Jan 19;34,108647.
- 研究领域：癌症代谢
- 细胞系：PC9、A375、A549、SKBR3、HEK293T
- 目的：检验代谢环境对抗癌药物反应、细胞迁移和乳酸积累的影响。
- 研究结果：“……在不同的代谢环境中，环境对药物治疗存活率影响明显，对细胞迁移的影响较弱，对乳酸积累没有影响……[这]由细胞维持高糖摄取率的能力决定。”
Tran DH, Kesavan R, Rion H, Soflaee MH, Solmonson A, Bezwada D, Vu HS, Cai F, Phillips JA, DeBerardinis RJ, Hoxhaj G. Nat Metab 2021 Apr;3(4):571–585.
- 研究领域：细胞代谢
- 细胞系：HEK293E、HeLa、K562
- 目的：发现挽救 NADK2 缺陷细胞的氨基酸
- 研究结果：“我们发现线粒体 NADPH 和 NADK2 活性对 pyrroline-5-carboxylate 代谢物中间体的生成极为重要，这是脯氨酸生物合成途径中的限速步骤。值得注意的是，NADK2 缺失后，需要脯氨酸来维持核苷酸和蛋白合成，这使得脯氨酸对 NADK2 缺陷细胞的生长和增殖至关重要。因此，我们关注哺乳动物细胞中的脯氨酸缺陷，并发现线粒体 NADPH 对脯氨酸生物合成至关重要。”
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