研究人員在體外細胞培養(yǎng)的正確實驗設(shè)計上花費了大量時間和金錢，為什么培養(yǎng)的細胞具有與人體相同的生理功能如此困難？您可以在無菌環(huán)境中工作，使用實驗室細胞培養(yǎng)設(shè)備并使用細胞培養(yǎng)試劑，但是您的細胞仍然不滿意嗎？答案很簡單。氧氣水平。
我們都知道，人體中的每個細胞都需要氧氣才能生存，并通過氧化磷酸化產(chǎn)生能量。氧氣對于細胞的生長和分化至關(guān)重要，但是細胞所接觸的氧氣水平對細胞功能至關(guān)重要。大多數(shù)細胞培養(yǎng)實驗室都設(shè)置為在20％氧氣和5％二氧化碳培養(yǎng)箱環(huán)境中培養(yǎng)細胞。
這種“標準的護理方案”令人驚奇的是，在正常的生理條件下，人體中幾乎沒有細胞會暴露于20％的氧氣（160毫米汞柱（Hg））。在含氧量為20％的環(huán)境中能存活的細胞是肺泡細胞，血液被氧合后不久，動脈血中的氧含量下降至10.5-13％（80-100毫米汞柱）。更為引人注目的是，許多器官在氧氣含量范圍為2-8％（19-70 mm Hg）的范圍內(nèi)正常運作。那么，當我們在表層氧氣中培養(yǎng)細胞時，我們?nèi)绾纹谕毎l(fā)揮相同的功能并對治療產(chǎn)生反應？如果您的背部重50磅，您能在正常時間里跑一英里嗎？不，可能不會。
過量氧氣的生理后果
細胞對表面氧水平的反應是什么？如前所述，您的細胞需要氧氣才能通過氧化磷酸化產(chǎn)生能量。這是我們的線粒體將氧氣（O 2）還原為H 2 0并合成ATP的過程。還記得生物化學課上的那些氧化還原反應嗎？誰會想到在成年生活中我們將討論O 2的驚人氧化能力：O 2可以接受四個電子。雖然此還原反應是相對簡單和有效，具有不產(chǎn)生有害的副產(chǎn)物，如果該反應通過的O-含量過高壓倒2然后的O-還原2效率降低（僅轉(zhuǎn)移1或2個電子），并且會生成活性氧（ROS）化合物，主要是超氧化物和過氧化物。ROS水平過高會損害線粒體功能，并導致細胞損傷和死亡。當我們將細胞株置于氧化應激狀態(tài)時，我們?nèi)绾纹谕鼈冊谂囵B(yǎng)中“正常”？
因此，對于大多數(shù)細胞系而言，下一個問題是你要做什么？
1） 確定哪種O 2濃度適合您的細胞系。
a）例如，大多數(shù)癌細胞系在低氧（<2％）O 2水平下壯成長，而神經(jīng)元細胞在2-5％O 2水平下存活率，增殖和多巴胺能分化增加。
b）找到自己的水平，并在整個文化中堅持下去。
2） 您需要購買所有新設(shè)備嗎？
a）不一定。在20％O 2或環(huán)境空氣中培養(yǎng)細胞意味著您可以將細胞從二氧化碳培養(yǎng)箱或通風櫥中取出和取出，而不必擔心將其暴露于O 2 水平。因此，如果您的實驗設(shè)計不需要細胞操作（更換培養(yǎng)基或成像），那么可以，您可以通過使用氮氣（N 2）將您的O 2水平平衡到所需的設(shè)置，直接在現(xiàn)有培養(yǎng)箱中培養(yǎng)細胞（當然，有一個用于N 2的進氣閥。
b）如果降低了培養(yǎng)系統(tǒng)中的O 2含量，并且需要在培養(yǎng)時對細胞進行操作，那么您將需要確保操作環(huán)境中的O 2含量與培養(yǎng)環(huán)境一致。這將需要購買手套箱，您可以在其中在相同的環(huán)境中培養(yǎng)和處理細胞（增加污染）。替代地，并且也許是優(yōu)選地，可以購買腔室，在腔室中您可以將O 2的水平調(diào)節(jié)到所需的設(shè)置，然后在需要操作細胞時將其移動到設(shè)置在相同O 2水平的單獨的手套箱中。
c）同樣重要的是確保您的細胞培養(yǎng)基也已校準到所需的O 2水平。如果不這樣做，那么在更換培養(yǎng)基時，重新充氧將使您的細胞承受壓力。d）如果在培養(yǎng)過程中需要對細胞成像，那么您還需要將顯微鏡放在手套箱中，該手套箱具有用于顯微鏡目鏡的觀察口。
e）有許多公司制造用于在不同O 2水平進行細胞培養(yǎng)的細胞培養(yǎng)設(shè)備。這些系統(tǒng)可能非常復雜也可能非常簡單，具體取決于您實驗室的需求。
了解特定細胞系的“正常”生理狀態(tài)并在細胞培養(yǎng)系統(tǒng)中概括該環(huán)境對于使體外數(shù)據(jù)對體內(nèi)發(fā)生的事情有意義是很重要的。快樂的細胞=好的結(jié)果=翻譯應用。因此，深呼吸，做功課，讓你的細胞也快樂地呼吸！
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