Môi trường nuôi cấy tế bào động vật

Cho tới nay có thể khẳng định chắc chắn công nghệ nuôi cấy tế bào, mô có ảnh hưởng cực kỳ to lớn lên xã hội chúng ta. Những tiến bộ của ngành y sinh học trong những năm gần đây thể hiện rõ vai trò to lớn của công nghệ tế bào. Hơn nữa, việc ứng dụng thực tế nuôi cấy tế bào đã được phát triển trong nhiều lĩnh vực khác nhau, bao gồm đánh giá hiệu quả và độc tính của thuốc mới, sản xuất vaccine, dược phẩm sinh học, và công nghệ hỗ trợ sinh sản. Hiện nay việc tái lập trình tế bào sinh dưỡng hoàn toàn khả thi về mặt kỹ thuật, cho nên các nhà nghiên cứu trên khắp thế giới canh tranh quyết liệt cho sự dẫn dắt về sự tiến bộ của y học tái tạo. Trong lĩnh vực này, công nghệ nuôi cấy tế bào được coi là nền tảng cho sự phát triển và phổ biến hóa. Do đó môi trường nuôi cấy tế bào sẽ là đối tượng được nghiên cứu và hoàn thiện mạnh trong thời gian sắp tới.

Không ai có thể tranh cãi với tuyên bố rằng môi trường nuôi cấy tế bào là yếu tố quan trọng nhất trong công nghệ này. Một môi trường hỗ trợ sự sống và tăng sinh tế bào, cũng như chức năng tế bào, nghĩa là chất lượng của môi trường ảnh hưởng trực tiếp kết quả nghiên cứu, tỷ lệ sản xuất dược phẩm sinh học, kết quả điều trị của công nghệ hỗ trợ sinh sản. Bởi vậy, nhất thiết các nhà nghiên cứu đang làm việc với nuôi cấy tế bào lựa chọn một môi trường thích hợp cho mục đích của họ. Trong một số trường hợp các nhà nghiên cứu nên tự biến đổi một môi trường. Hơn nữa, khi đối mặt với vấn đề, các nhà nghiên cứu phải biết đặc tính của môi trường để xác định nguyên nhân của bất cứ vấn đề nào với thí nghiệm của họ.

Hiện tại, môi trường tổng hợp có thể được phân loại thành nhiều nhóm, dựa trên kiểu chất bổ sung được thêm; ví dụ, môi trường chứa huyết thành, môi trường không chứa huyết thanh, môi trường không chứa protein, và môi trường xác định về mặt hóa học (Bảng 1). Môi trường chứa huyết thanh tất nhiên chứa nhiều chất có nguồn gốc từ huyết thanh, những thứ này này khiến thành phần môi trường không được biết rõ và nồng độ của chúng có thể giao động giữa các mẻ khác nhau. Trường hợp này kết quả nuôi cấy tế bào ít có khả năng lặp lại và đối mặt với rủi ro của nhiễm vi sinh vật. Tuy nhiên, môi trường chứa huyết thanh có thể được thiết kế dễ dàng và được sử dụng hiệu quả cho nhiều kiểu tế bào khác nhau bởi vì huyết thanh bao gồm nhiều chất hoạt động mà cần thiết cho sự sống và phát triển của tế bào động vật. Ngược lại, môi trường không chứa huyết thanh có một thành phần xác định, dẫn đến khả năng tái lập kết quả cao, và quy trình nuôi có thể được phê chuẩn. Hơn nữa, các tế bào đích có thể được nuôi cấy chọn lọc trong một quần thể tế bào kết hợp nếu điều kiện nuôi cấy được tạo là có lợi cho chúng. Giữa môi trường không huyết thanh, các nhóm nhỏ môi trường không chứa protein (nó không chứa bất cứ protein nào) và môi trường xác định về mặt hóa học (nó không chứa bất cứ thành phần không xác định nào) cung cấp sự bền vững hơn và khả năng tái lập cho hệ thống nuôi cấy, làm nhanh quá trình xác định chất tiết tế bào và giảm rủi ro của nhiễm vi sinh. Tuy nhiên, môi trường không huyết thanh khó thiết kế: chỉ các tế bào đặc biệt được nuôi cấy theo cách này cho tới nay.

Phân loại	Định nghĩa	Kiểu	Ví dụ
Môi trường tự nhiên	Bao gồm các chất sinh học tự nhiên, như huyết tương, huyết thanh, và dịch tiết của phôi	Đông máu	Huyết tương được tách khỏi máu chứa heparin, huyết thanh và fibrinogen
		Dịch chiết mô	Dịch chiết của phôi gà, gan, lách và dịch chiết tủy xương
		Dịch sinh học	Huyết tương, huyết thanh, bạch huyết, dịch ối, dịch màng phổi
Môi trường tổng hợp	Bao gồm môi trường cơ bản và thành phần bổ sung như:huyết thanh, nhân tố phát triển và hormone	Môi trường chứa huyết thanh	Huyết thanh người, bò, ngựa, hoặc các loại huyết thanh khác được sử dụng bổ sung vào môi trường nuôi cấy
		Môi trường không chứa huyết thanh	Các phần protein thô, như albumin huyết thanh bò, α- hoặc β-globulin được sử dụng để bổ sung vào môi trường nuôi cấy
		Môi trường không xeno	Các thành phần có nguồn gốc từ người như Albumin huyết thanh người – HSA được sử dụng để bổ sung vào môi trường, nhưng các thành phần từ động vật sẽ không được phép sử dụng
		Môi trường không chứa protein	Thành phần không xác định, như các phần peptide (protein hydrolysate) được sử dụng như chất bổ sung
		Môi trường xác định về mặt hóa học	Các thành phần không xác định, như protein thô, hydrolysate, dịch chiết mô, là không thích hợp để bổ sung, nhưng các thành phần có độ tinh khiết cao như protein tái tổ hợp là thích hợp để bổ sung

.
Bảng 1. Các kiểu môi trường nuôi cấy tế bào

Hiện tại, công thức môi trường phổ biến cho nuôi cấy tế bào đã được thương mại hóa sẵn trên thị trường. Bởi vậy, có một số nhà nghiên cứu đang sử dụng môi trường nuôi cấy mà không hiểu chi tiết thành phần và cơ sở của chúng, đặc biệt liên quan đến lý do cho sự phát triển của chúng, thành phần chính xác, cũng như các kiểu tế bào mà những môi trường này thích hợp cho. Bài tổng kết này mô tả ngắn gọn lịch sử của sự phát triển của môi trường nuôi cấy tế bào động vật, với bình luận về kiểu môi trường chung sử dụng hiện nay liên quan tới đặc tính của chúng, và vai trò thành phần môi trường, nguy cơ hay vấn đề khi sử dụng chúng.

Bài viết này chủ yếu được dịch và viết lại từ bài báo gốc của tác giả Tatsuma Yao và Yuta Asayama