Фетальная бычья сыворотка

Фетальная бычья сыворотка (ФБС, также фетальная телячья сыворотка, Fetal Bovine Serum, FBS) — это биологическая жидкость, получаемая из крови плодов крупного рогатого скота (коров) на стадии внутриутробного развития, обычно на 3–5 месяце беременности. Является одним из наиболее распространённых добавок в культуральные среды для выращивания клеток и тканей млекопитающих in vitro (вне организма). ФБС содержит комплекс факторов роста, гормонов, белков, аминокислот, липидов и микроэлементов, необходимых для поддержания жизнеспособности, пролиферации (деления) и дифференцировки клеток в лабораторных условиях.

История

Применение сыворотки крови для культивирования клеток началось в середине XX века. В 1950-х годах учёные обнаружили, что добавление сыворотки взрослых животных (например, лошадиной или телячьей) в питательные среды значительно улучшает рост клеток. Однако сыворотка взрослых животных часто содержала антитела и другие компоненты, которые могли ингибировать рост или вызывать нежелательные реакции. Фетальная сыворотка, лишённая многих зрелых иммунных факторов и богатая эмбриональными стимуляторами роста, оказалась более эффективной.

К 1960-м годам ФБС стала стандартным компонентом для клеточной биологии, вирусологии и биотехнологии. Её производство было налажено в промышленных масштабах, особенно в странах с развитым скотоводством (США, Австралия, Новая Зеландия, страны Европейского союза). В СССР и России фетальную сыворотку также использовали, но в меньших объёмах, часто импортируя или получая из местного сырья.

Получение и производство

Источник сырья

Основным источником ФБС является кровь плодов крупного рогатого скота, получаемая на бойнях. Плоды извлекаются из маток забитых коров, находящихся на поздних сроках стельности (обычно 3–6 месяцев). Важно, чтобы животные были здоровы и не имели инфекционных заболеваний (например, вирусной диареи крупного рогатого скота, ВДКРС).

Метод забора

Забор крови проводится асептически (в стерильных условиях) из сердца плода с помощью пункции. Процедура выполняется вручную или с использованием автоматизированных систем. Кровь собирается в стерильные контейнеры, где она свёртывается. После свёртывания сыворотку отделяют от сгустка центрифугированием или фильтрацией.

Обработка и стерилизация

Полученная сыворотка проходит несколько этапов очистки:

• Фильтрация — удаление клеточных остатков и крупных частиц.
• Стерилизация — пропускание через фильтры с размером пор 0,2 мкм для удаления бактерий и грибов.
• Инактивация комплемента (по желанию) — нагревание при 56 °C в течение 30 минут для разрушения белков системы комплемента, которые могут активироваться и повреждать клетки.
• Контроль качества — тестирование на стерильность, наличие микоплазм, вирусов (включая ВДКРС, вирус лейкоза КРС, вирус парагриппа-3), эндотоксинов и уровень общего белка.

Стандартизация

Из-за вариабельности состава (зависит от породы, кормления, состояния здоровья коровы, срока беременности) ФБС часто объединяют из нескольких партий (пулирование) для получения более стабильного продукта. Каждая партия тестируется на способность поддерживать рост стандартных клеточных линий (например, клеток HeLa, Vero или фибробластов). Коммерческие производители (например, Gibco, HyClone, Sigma-Aldrich) предлагают ФБС с разной степенью очистки и характеристиками.

Состав и функции

ФБС представляет собой сложную смесь, содержащую сотни различных компонентов. Основные из них:

Основная функция ФБС — обеспечение клеток факторами, которые в естественных условиях поставляются через кровь и межклеточную жидкость. Без сыворотки большинство клеток млекопитающих в культуре быстро погибают или перестают делиться.

Применение

ФБС используется в широком спектре биомедицинских и биотехнологических исследований:

Клеточная биология

• Культивирование клеток — основа для роста первичных клеток (например, фибробластов, эпителиоцитов) и иммортализованных клеточных линий (HeLa, HEK 293, Vero, CHO).
• Исследования дифференцировки — например, при изучении стволовых клеток или клеток нервной системы.

Вирусология

• Выращивание вирусов — ФБС используется в средах для заражения клеток-хозяев и получения вирусных частиц (например, для производства вакцин против гриппа, кори, полиомиелита).
• Тестирование противовирусных препаратов — клетки культивируют в присутствии ФБС для оценки эффективности лекарств.

Биотехнология и фармацевтика

• Производство рекомбинантных белков — клетки CHO или HEK 293, экспрессирующие терапевтические белки (антитела, гормоны, ферменты), часто выращивают в средах с ФБС.
• Тканевая инженерия — ФБС используется для поддержания жизнеспособности клеток при создании искусственных тканей (кожа, хрящ, кость).

Диагностика

• Клеточные тесты — например, для оценки цитотоксичности химических соединений или лекарств.
• Производство диагностических реагентов — ФБС входит в состав сред для выращивания клеток, используемых в тест-системах.

Ветеринария

• Культивирование клеток животных — для изучения болезней скота, тестирования вакцин и диагностики.

Критика и альтернативы

Этические проблемы

Производство ФБС связано с забоем стельных коров, что вызывает критику со стороны защитников прав животных. Процедура забора крови из сердца плода считается болезненной и негуманной. Кроме того, существует риск страдания плода, хотя на стадии извлечения он, как правило, уже нежизнеспособен. В некоторых странах (например, в странах ЕС) действуют ограничения на использование ФБС, полученной от животных без анестезии.

Вариабельность и риски

• Непостоянство состава — разные партии ФБС могут различаться по активности, что влияет на воспроизводимость экспериментов.
• Загрязнение — риск присутствия вирусов (ВДКРС, вирус лейкоза КРС), микоплазм, прионов (возбудителей губчатой энцефалопатии). Это особенно критично для производства вакцин и терапевтических продуктов.
• Иммуногенность — использование ФБС в клеточной терапии (например, для выращивания стволовых клеток для трансплантации) может вызывать иммунный ответ у реципиента из-за чужеродных белков.

Альтернативы

Для снижения зависимости от ФБС разрабатываются:

• Синтетические сыворотки — искусственные смеси, содержащие рекомбинантные факторы роста (например, инсулин, трансферрин, EGF), аминокислоты, липиды и микроэлементы.
• Сыворотки других видов — например, человеческая сыворотка (для клеток человека), сыворотка лошади, сыворотка козы (менее распространены).
• Бессывороточные среды — специально разработанные питательные среды, полностью лишённые сыворотки, но содержащие все необходимые компоненты (например, среды DMEM/F12 с добавлением инсулина, трансферрина, селена).
• Экстракты растений — например, гидролизаты сои или дрожжевые экстракты, которые могут частично заменять ФБС для некоторых клеточных линий.

Несмотря на усилия, полная замена ФБС пока не достигнута для многих типов клеток, особенно для первичных культур и стволовых клеток.

Интересные факты

• Объёмы производства — ежегодно в мире производится около 500 000–800 000 литров ФБС. Для получения одного литра требуется кровь примерно от 2–5 плодов (в зависимости от размера).
• Стоимость — цена качественной ФБС может достигать 500–1500 долларов США за литр, что делает её одним из самых дорогих компонентов в клеточной биологии.
• Проблема ВДКРС — вирусная диарея крупного рогатого скота (BVDV) часто присутствует в ФБС, что может приводить к заражению клеточных культур. Производители проводят строгий скрининг, но полностью исключить риск сложно.
• Использование в косметологии — некоторые косметические средства (например, сыворотки для лица) содержат экстракты плаценты или сыворотки, но ФБС в чистом виде в косметике применяется редко из-за высокой стоимости и этических соображений.

Источники

1. Freshney, R. I. (2010). Culture of Animal Cells: A Manual of Basic Technique and Specialized Applications (6th ed.). Wiley-Blackwell.
2. Gstraunthaler, G., & Lindl, T. (2013). Zell- und Gewebekultur: Allgemeine Grundlagen und spezielle Anwendungen (7. Aufl.). Springer Spektrum.
3. Jayme, D. W., & Blackman, K. E. (1985). «Culture media for propagation of mammalian cells, viruses, and other biologicals». Advances in Biotechnological Processes, 5, 1–30.
4. van der Valk, J., et al. (2010). «Optimization of chemically defined cell culture media – replacing fetal bovine serum in mammalian in vitro methods». Toxicology in Vitro, 24(4), 1053–1063.
5. Brunner, D., et al. (2010). «Serum-free cell culture: the serum-free media interactive online database». ALTEX, 27(1), 53–62.
6. ГОСТ Р 53434-2009 «Сыворотка эмбриональная телячья. Технические условия» (Россия).