在国自然项目中,细胞实验一般都是必选项,在功能和机制实验中通常都要涉及。但越是“常规”实验,设计严谨就越难,下面就尽量详细说明要考虑的因素。
一、如何选择合适的细胞?
细胞的选择是设计要考虑的第一步,有了合适的细胞才能构建疾病模型,进而对我们关注的“基因”或者“药物”进行干预:比如对基因进行沉默、过表达操作,药物处理等等。但是,“没有说明为何选择某某细胞”是国自然项目中评审专家常常指出的设计漏洞。
简单来说,根据细胞的获取方式一般我们分为这三类:A. 细胞系(或者永生化的细胞);B. 原代细胞;和C. 分化诱导的细胞。
细胞系(或永生化细胞)在肿瘤研究和非肿瘤研究中都常用,主要看细胞系的来源。肿瘤研究中不管是单独研究肿瘤细胞的增殖、转移、耐药等问题,还是与肿瘤微环境中的免疫细胞通讯等都是常用手段。需要注意的问题有几个:
比如肿瘤细胞系与病理分型要对应,肺腺癌vs肺鳞癌vs小细胞肺癌,所用细胞系不同(A549、H1299等为肺腺癌细胞系,NCI-H520为肺鳞癌细胞系,而SHP-77为小细胞肺癌细胞系);HepG2细胞系为肝母细胞瘤细胞系,而研究原发性肝癌用Huh7、Hep3B以及MHCC97H等更为严谨。
再如细胞系的遗传背景也要考虑:同为肺腺癌细胞系,A549和H460为p53野生型(WT),而H1299为p53缺失、H1975和HCC827为p53 R273H突变(P53的热点突变),如果恰巧研究选的是H1975和HCC827,严格来说结论就只能限定在p53 R273H突变性肺腺癌,而非广义的肺腺癌。当然,要与临床问题对应需要有现成的细胞系可供选择,如果实在没有就要考虑自建细胞系或者在已有细胞系上改造构建。
A2. 细胞系要与临床问题对应
比如研究淋巴结转移、脑转移等问题时,如果没有淋巴结转移、脑转移专门的细胞系,一般就会从现有细胞系建立动物模型从淋巴结组织、脑转移灶筛选构建;当然另外一个策略是从细胞系出发,关注转移灶大小和数量,但创新性略差;
再比如研究肿瘤耐药,虽然分为原发性和继发性耐药,大家关注更多的是继发性耐药,因此一般从耐药细胞株的构建开始,虽然筛选耐药细胞株比较耗时且长期培养会丢失耐药性。
A3.细胞系与研究基因对应
先说一个常见的观点:如果A基因在肿瘤高表达,在肿瘤细胞系就要做敲降/敲除;如果低表达,就要做过表达。这个观点是片面甚至是错误的,原因在于没有搞清楚两个问题:
Q1 当A基因高表达时, 为什么要做A基因的沉默(KD/KO)?
Q1:如果A基因高表达,促进肿瘤发生发展;A基因沉默后,肿瘤发生发展被抑制,说明A基因可以作为药物治疗的靶点,对开发靶向A的药物治疗肿瘤有理论支撑;
Q2 在细胞层面要对A基因进行沉默或者过表达,要考虑真正因素是什么?
Q2:A在不同细胞系中的本底表达有高有低,表达高的细胞系做沉默(KD/KO),表达低的细胞系做过表达。
因此,在对A基因做沉默和过表达之前,应先检测不同细胞系的表达量,然后选择高表达的细胞系做沉默(KD/KO)、选择低表达(或者无)的细胞系做过表达。而且,为了排除脱靶效应(shRNA、sgRNA等都有脱靶效应),还要有沉默(KD/KO)+过表达、以及沉默(KD/KO)+显性失活突变(Dominant Negative)。
当然还有几个注意事项,就不展开说了,比如先前报道过的“细胞系污染和用错”的问题:
再比如有的细胞系的生长特征为成簇生长,几乎没有迁移运动能力,但是文章和基金中做Transwell侵袭迁移实验的大有人在,如果真碰到懂行的专家,是有可能上升到学术诚信问题的!
除了这个几个问题外,细胞系(或者永生化的细胞)也常用于非肿瘤研究,比如平时我们用的最多的两种“巨噬细胞”RAW264.7(小鼠单核巨噬细胞白血病细胞系)和THP-1(人单核细胞白血病细胞系,THP1诱导为巨噬细胞后使用)。需要注意的是由于细胞系(或者永生化的细胞)在功能特征上有一定的肿瘤样特性,与组织内的巨噬细胞有一定的差别,这就使得原代细胞成为国自然项目中必要且必需有的一部分内容。
与细胞系相比,获取原代细胞的难度更大,但由于更贴近病灶组织的病理状态,因此是好的研究和国自然项目中必备的,而“缺少原代细胞验证”正是最常见的研究设计缺陷之一。因此原代细胞的验证是必须的。反之,如果能提供原代细胞分离和鉴定的数据(比如形态图、免疫荧光染色等“漂亮高端”的图),也是给预实验加分的地方。
当然,如果从组织(特别是小鼠)中获取的原代细胞量太少,少到只能做分析,而不能培养做功能实验的时候,就要考虑下一个选项——分化诱导了。
从iPSC等细胞进行定向诱导分化,以得到足够量的用于功能实验的细胞。实际上,分化诱导细胞的策略与原代细胞在技术路线上还有一个很大区别:
原代细胞可执行“建疾病的动物模型——分离细胞——指标检测”的技术路线,即先动物建模,再分离细胞;
而诱导分化细胞则走“iPSC等诱导细胞——建立疾病的细胞模型——指标检测”的技术路线,即先获取细胞,再建疾病模型。
同样的道理,如果能提供iPSC定向诱导分化好的的数据(比如形态图、免疫荧光染色等“漂亮高端”的图),也是给预实验加分的地方。
另外,iPSC定向诱导分化的细胞虽然少用,但在特定研究中具有不可替代性。
——未完待续
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