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你是誰?細胞株身分大危機!

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在實驗室使用體外培養細胞株進行各種生物醫藥實驗是最基礎也最普遍的研究方法。但研究者手上的那個細胞株究竟從哪兒來?是否和最原始的細胞來源和其他文獻記載的細胞相同呢?如果不同的話,那過去的這些研究……

真假神經膠質瘤細胞株 U87MG

這個故事從北歐最古老的瑞典 Uppsala 大學開始。U-87MG 神經膠質瘤細胞株,最早是在 1966 年由 Uppsala 大學從一位 44 歲多形性膠質母細胞瘤女性患者所分離出來,並成為研究腦瘤最熱門的材料之一。從 PubMed (美國國家醫學圖書館的生物醫學相關文獻摘要索引) 搜尋 U-87MG 細胞株可得到 1,700 多筆文獻,總共約有 65,000 次引用!不過開發 U-87MG 細胞株的研究人員:Uppsala 大學腫瘤生物學教授 Bengt Westermark,當初在 1970 年代擔任研究生時就認為 U-87MG 細胞株是他手上八種腦部腫瘤細胞株中生長最慢的,當時其實最不看好,後來也無法理解為何該細胞株如此受到青睞?但在 2016 年, Westermark 教授從美國典型菌種保存中心 (ATCC) 他當年開發的 U-87MG 細胞,卻發現買進來的這些細胞與他學生時代記憶中的表現完全不同;因此 Westermark 教授決定進行一次完整的比較,從三個層次來驗明 U-87MG 正身 (註 1)。

是否來自同一人?短縱列重複序列 (STR) 標記

Westermark 教授與其研究團隊首先使用含有 16 組 STR 標記的套組工具進行分析。STR 標記可用來比對 DNA 是否來自特定個人,而且一次比對愈多組 STR 標記便能得到愈精準的結果。同時比對 16 組標記後所得到的結果,僅有 20 萬兆分之一的誤差率。Westermark 教授發現 Uppsala 大學保存的 U-87MG 細胞之 STR 標記和 ATCC 的細胞株不吻合,證實市面上流通的 U-87MG 細胞與當初建立的細胞株來自不同人。

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是否來自原始腫瘤組織?粒線體 DNA 定序

Westermark 教授面對這樣的重大發現不敢輕忽,繼續進行第二關的粒線體 DNA 定序。每個人的粒線體絕大部分來自母親,而且在單顆細胞最多可存在上千套粒線體 DNA,因此檢測所需的細胞數遠小於 STR 標記。研究團隊取出睽違 40 多年,經福馬林防腐並包埋在石蠟的原始腫瘤組織進行粒線體 DNA 分析,同時和原始 U-87MG 細胞株與 ATCC 販售的 U-87MG 比對,結果再度證實原始 U-87MG 細胞株與原始腫瘤組織相符,但來自 ATCC 的 U-87MG 則確定與原始腫瘤組織不同。

到底源自何種器官與組織?轉錄體分析

既然 ATCC 販售的 U-87MG 細胞與原始腫瘤組織不同,那是不是意味使用這些細胞的 1,700 多篇文獻以及其結論都不可信? 這可是會撼動 40 多年來的腦瘤和神經科學研究基礎,因此 Westermark 教授不敢大意,遂進行第三關檢查:轉錄體分析。研究團隊將 ATCC 販售的 U-87MG 細胞與麻省理工學院 — 哈佛大學布洛德研究所 (Broad Institute) 癌細胞株百科全書 (Cancer Cell Line Encyclopedia, CCLE) 中的十八個不同組織和 1,036 種細胞株的轉錄體比對後,發現 ATCC U-87MG 細胞與其中五個來自中樞神經腫瘤之細胞最相似,可能也是源自人類神經膠質瘤的細胞株。這讓神經科學界大大地鬆了一口氣,因為過去以 ATCC U-87MG 細胞完成的研究固然需再用其他方法驗證,但仍具參考價值,堪稱是不幸中的大幸!

確保體外細胞株更貼近體內生存型態

根據一篇 2015 年發表的統計,儘管大部分的研究人員知道驗證所使用的細胞株非常重要,但在購買或獲贈細胞株後卻鮮少會進行任何驗證 (註 2)。U-87MG 這 40 多年來究竟是在哪個環節出錯已不可考,不過趁此機會摒棄現行使用的偽 U-87MG 細胞不見得是壞事。此外,研究顯示生長於傳統含有血清的培養基之神經膠質瘤細胞株,其實基因表現與原始腫瘤組織差異較大 (註 3);而相對來說,以不含血清之神經幹細胞培養基培養的細胞則比較能維持腫瘤特有的表型與生長特性 (註 4)。有鑑於各國研究單位和知名學術期刊已開始要求對實驗時所使用的細胞進行驗證,細胞株身分鑑定和更貼近原始環境的細胞培養方式未來勢必將成為趨勢。現在市面上也有許多經 STR 比對認證的細胞株供研究單位購買,相信對確保實驗正確性將有相當大的幫助,以免類似事件再度發生而讓長時間的辛勞付諸流水。

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參考文獻:
1. Allen M et al. Sci Transl Med 2016; 8:354re3.
2. Freedman LP et al. Biotechniques 2015; 59:189-90, 192.
3. Lee J et al. Cancer Cell 2006; 9:391-403.
4. Pollard SM et al. Cell Stem Cell 2009; 4:568-80.

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