在干细胞研究中我能为你做点啥?

    安捷伦 Seahorse XF 技术可实时测定细胞生物能量代谢的不同变化，研究人员能够利用其测定多能性的获得、维持和丧失。沿着分化轴，代谢表型分析可用于验证细胞模型。通过免标记实时分析，实现更高水平的细胞表征、控制和效率。展开以下部分了解有关利用 XF 技术加速干细胞研究的更多信息。

干细胞代谢

图1 Somatic oxidative bioenergetics transitions into pluripotency-dependent glycolysis to facilitate nuclear reprogramming.Folmes, C. D., et al. Cell Metab. 2011. 14: 264-71.

    干细胞、体细胞和分化细胞都表现出特定的代谢特征。可测量的代谢转换事件以及所得的对糖酵解和/或氧化呼吸能量通路的偏好出现在细胞重编程、进入和退出多能状态、开始分化与终止分化的多个阶段

(一）.  重编程 — 测定多能状态的早期方法

重编程：糖酵解的上调是有效重编程的要求。这些细胞能量代谢变化伴随着多能标记物的表达。利用 XF 技术容易同时测定线粒体呼吸（体细胞）和糖酵解多能状态诱导的生物能量代谢转变。

      

图2 通过测定细胞转变的能量需求及早检测多能状态。Hybrid Cellular Metabolism Coordinated by Zic3 and Esrrb Synergistically Enhances Induction of Naive Pluripotency. Sone et al. Cell Metabolism 2017.

(二）. 多能性 QC — 确定多能性稳态和分化潜能

多能性 QC：对支持“干性”维持的通路和能量需求的研究推动了“多能状态”的确定。由于糖酵解和线粒体呼吸的关键作用，通过表征代谢表型可以更好地理解增殖、自我更新和分化的相互作用。

图3 可以通过测定糖酵解和线粒体呼吸的平衡来分析多能性稳态和维持。

(三）.分化 — 表征及验证细胞功能和性能

分化潜能：早期检测多能性丧失对于确定干细胞是否准备好沿着所选择的路线分化至关重要。测定多能性丧失依赖于同时测定糖酵解（ECAR 或 PER；增殖）和线粒体呼吸（OCR；特化）能量代谢通路。

图4 通过测定从糖酵解到线粒体呼吸的代谢转换，可以及早检测多能性丧失。

分化进程：随着细胞沿分化轴的进展，可以测定特定细胞能量表型以监测细胞命运转换的进展和成功。糖酵解和线粒体呼吸之间的平衡关系到细胞命运的确定。通过识别和分离这些定型阶段，研究人员可以确保他们优化了分化过程的每个步骤。

图5 轻松区分祖细胞和分化细胞群，以确认每个细胞的命运转换并监测分化进程和成熟度。

功能验证：相关疾病模型需要完整表征和验证细胞功能和性能。分化细胞群的纯度和沿分化轴的成熟度可以通过同时测定糖酵解（ECAR 或 PER；干性存在）和线粒体呼吸（OCR；功能性特化）来测量。

图6 通过测定细胞功能可以确认细胞特化，线粒体备用呼吸能力通常作为指标。
Metabolic reprogramming during neuronal differentiation from aerobic glycolysis to neuronal oxidative phosphorylation. Zheng X et al. Elife. 2016（数据图片）

（四）.重编程/分化效率

• 重编程和分化能力的早期检测： 细胞分化变化发生之前和之后对代谢能量利用和偏好的表征，鉴定代谢表型使研究人员能够预测和确证细胞功能，揭示可行的重编程和分化潜能。

图7 The metabolome regulates the epigenetic landscape during naive-to-primed human embryonic stem cell transition. Sperber, H., et al. Nat Cell Biol. 2015. 17: 1523-35.

• 进入和退出多能状态，分化的早期检测：区分原始态 (naïve) 与始发态 (primed) 的干细胞是优化基因靶向有效性所必需的。

  筛选分化潜能并分离定型阶段为确定正确的时间以执行并促进下一个过渡阶段提供了一种可操作的手段。

图8 Human iPSC-Derived Neural Progenitors Are an Effective Drug Discovery Model for Neurological mtDNA Disorders.Lorenz, C., et al. Cell Stem Cell. 2017. DOI:10.1016/j.stem.2016.12.013.

• 验证和确认细胞模型，确证功能与距离终末分化的程度：相关细胞和疾病模型需要完整表征和验证谱系特化、细胞功能和性能。可以通过测定细胞功能并与亲本或原代细胞类型进行比较，来确认细胞特化和成熟度。

图9 Stage-specific metabolic features of differentiating neurons: Implications for toxicant sensitivity. Delp, J.,Toxicology and Applied Pharmacology (2018)

(五）.相关联的测定试剂盒

• Seahorse XF 实时 ATP 速率测定试剂盒：通过测定和定量由糖酵解和线粒体呼吸比例贡献计算的 ATP 产生速率，来详细分析细胞能量代谢灵活性。

  
  

• Seahorse XF 糖酵解速率测定试剂盒：实时分析基础糖酵解，并测定细胞增加（补偿）糖酵解速率的能力以确定多能状态。

  
  

• Seahorse XF 细胞线粒体压力测试试剂盒：分析基础和最大线粒体呼吸，以计算细胞的备用呼吸能力 (SRC)。保留多能性的细胞的 SRC 通常较小。

  
  

• Seahorse XF 细胞能量代谢表型测试试剂盒：通过同时检测糖酵解和线粒体呼吸来确定细胞和代谢表型以及代谢潜能。

推荐必看文献

REPROGRAMMING / PLURIPOTENCY 

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