人血浆样培养基 | Thermo Fisher Scientific

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

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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

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

Diagram of the effects of different uric acid concentrations on uridine monophosphate synthase in humans and in mice

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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

Diagram showing that HPLM supports increases in CD69, CD25, and IFNλ in cultured T lymphocytes

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图像摘要： “人血浆成分不同于常规培养基，我们猜测这种差异可能会影响免疫细胞生理机能。我们发现，和常规淋巴细胞培养基（RPMI）相比，生理培养基（人血浆样培养基；HPLM）在人类原代T细胞引发了截然不同的转录反应，此外，在抗原刺激下，增强了细胞的活化。我们发现，T 细胞活化的这种培养基依赖性效与 Ca2+ 有关，而 HPLM 中的 Ca2+ 浓度比 RPMI 中的高出六倍。因此，一种更接近人血浆的培养基对 T 细胞生物学有着显著的影响，进一步证明了培养基的成分可以影响实验结果，生理培养基有可能为免疫细胞研究带来一种极具价值的新方法。"

经许可转载自：Leney-Greene MA, Boddapati AK, Su HC et al.(2020) Human plasma-like medium improves T lymphocyte activation. iScience 23:100759. doi: 10.1016/j.isci.2019.100759

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

2-panel brightfield microscopic views showing that MCF7 cells growing in either DMEM or HPLM exhibit the same morphologies

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）。

2-panel brightfield microscopic views showing that HeLa cells growing in either DMEM or HPLM exhibit the same morphologies

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）。

2-panel brightfield microscopic views showing that LNCaP cells growing in either DMEM or HPLM exhibit the same morphologies

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

4-panel bar charts showing comparable doubling times for 4 cell lines in DMEM and in HPLM

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

“我们用 HPLM 培养基培养不同组织和不同突变背景的癌细胞系。总地来说，我们对 HPLM 是非常肯定的。HPLM 培养基适用于所有测试的肿瘤细胞系。细胞可以轻松快速地适应 HPLM，细胞活性和性能都不受影响。然而，我们检测到了 HPLM 培养对细胞增殖、代谢和线粒体功能上的一些影响，这与常规经典培养基不同。根据我们在肿瘤细胞模型中使用 HPLM 的经验，我们认为它是获得更多生理学数据的较佳选择。”

— Omar Torres Quesada，博士，奥地利因斯布鲁克大学博士后研究员

“免疫代谢研究是一个令人兴奋的领域，在开发新疗法方面具有巨大潜力。越来越清楚的是，免疫细胞激活后如何重启代谢取决于可获得的营养物质及数量。由于我们研究了原代人免疫细胞中的代谢物转运，我们发现，HPLM 培养基对于以尽可能生理相关的方式来构建代谢通量模型是至关重要的。我们研究了 HPLM 在 CD4 辅助性 T 细胞中的应用，发现它可以支持细胞增殖，维持其效应功能。"

— Justin Rettenmaier，马萨诸塞州波士顿 Jnana Therapeutics 副主任

"标准细胞培养基，包括杜氏改良 Eagle 培养基（DMEM），含有非生理过量的营养物质，包括葡萄糖和谷氨酰胺。同时，它们的尿酸水平较低。然而，养分的有效性是调节 mTOR 的最关键因素，需要仔细考虑培养条件。因此，我们采用人血浆样培养基（HPLM）来更好地了解生理营养丰富下的 mTORC1 调控。根据 mTOR 与营养感应途径的复杂联系，当 U2OS 细胞在 HPLM 而不是 DMEM 中培养时，通过 S6K 的 Thr389 磷酸化测量的 mTORC1 活性较低。在 HPLM 培养基中，无论进行什么处理，AKT 和葡萄糖感应 AMPK 都会被激活。然而，最重要的是，我们发现在 HPLM 培养条件下，无论 Nutlin-3a 处理如何，都需要 p53 来维持低 mTORC1 活性。总之，我们使用 HPLM 进行的研究揭示了 p53 在 mTORC1 抑制中具有营养依赖性。"

— Martin Fischer，德国莱布尼茨老龄研究所首席研究员

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

Microscopy images of spheroids for different cell types grown in standard RPMI or HPLM medium

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。

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性能

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。