Wetenschappers van de Luxembourg Institute of Science and Technology (LIST) en Universiteit Luxemburg hebben de veelgebruikte A549-cellijn succesvol overgebracht naar diervrij medium. De onderzoekers beschrijven in hun artikel, dat medio 2022 werd gepubliceerd in Toxicology in Vitro, welke stappen ze hebben gevolgd en welke media wel en niet goed werkten. De studie vond plaats in samenwerking met PETA Science Consortium International, een organisatie die werkt aan diervrije testmethodes.

Een cellijn, bestaande uit een populatie continu delende cellen, vormt een model voor een complexer lichamelijk systeem en is geschikt om in vitro onderzoek mee te doen. De A549-cellijn bestaat uit carcinogene humane alveolus (longblaasjes)-achtige epitheelcellen en werd in 1972 ontwikkeld met cellen uit een longtumor van een 58-jarige man. De cellijn wordt veelvuldig gebruikt voor longonderzoek en geneesmiddelontwikkeling. Maar voor het laten groeien van cellen heb je voeding nodig in de vorm van medium.

‘Deze publicatie is een van de best beschreven voorbeelden van hoe je een cellijn kunt laten adapteren aan een serumvrij medium’

Serum-problematiek

Aan een basaal celgroeimedium voeg je meestal fetal bovine serum (FBS), ofwel foetaal kalfsserum, toe. Veel cellijnen doen het daar goed op, mede door een lage hoeveelheid antilichamen en veel groeifactoren. Het serum is uniek in zijn multitoepasbaarheid, maar heeft ook nadelen. FBS wordt gewonnen uit het bloed van ongeboren kalveren, die uit de moederkoe zijn gehaald nadat ze is gedood in het slachthuis. Dit gebeurt jaarlijks bij zo’n 1,8 miljoen koeien. Het dierenleed dat hierbij en bij het transport komt kijken, levert al langere tijd ethische vragen op.

Daarnaast heeft FBS-medium ook wetenschappelijk gezien nadelen. Kalfsserum bestaat uit een ongedefinieerde mix van moleculen met grote verschillen tussen batches, wat problemen oplevert met de reproduceerbaarheid van studies. Ook beïnvloedt FBS het fenotype van cellen en de genexpressie. Bovendien werkt de gebrekkige regelgeving rondom de verkoop fraude in de hand en kan het mengsel gecontamineerd zijn met bijvoorbeeld toxische stoffen en bacteriën.

Pijnvrij alternatief

In 1958 publiceerde geneticus Theodore Puck voor het eerst over FBS als groeimedium. ‘Hij noemde toen ook nadelen, maar die hebben onderzoekers sindsdien veelal genegeerd’, vertelt Jan van der Valk, medisch bioloog aan de Universiteit Utrecht. Tot eind 2021 was hij hoofd van het 3Rs-centre, van waaruit wordt gewerkt aan methoden die dierproeven kunnen vervangen, verminderen en verfijnen (replace, reduce, refine). ‘Cellijnen zijn een alternatief voor diermodellen, maar met FBS stop je alsnog dierproducten in je medium die mogelijk met dierenleed zijn vergaard. Dat botst met elkaar.’ Sinds de boviene spongiforme encefalopathie-crisis (gekkekoeienziekte) in 1989 zijn wetenschappers op zoek naar diervrije alternatieven.

Met een chemically defined medium kun je de meeste nadelen omzeilen. Het bevat geen dierlijke componenten en je weet precies wat erin zit. Maar het is niet universeel toepasbaar zoals FBS, je moet voor ieder celtype een nieuw medium ontwikkelen. Ook xeno-vrije media kunnen relevant zijn. Deze zijn diervrij, maar kunnen wel menselijke componenten bevatten.

Verschillend gedrag

Een cellijn die gewend is aan FBS-medium, moet zich stap voor stap aanpassen aan een nieuwe groeiomgeving. De Luxemburgse onderzoekers slaagden daarin met de commercieel verkrijgbare media CnT-Prime Airway (CELLnTEC) en X-VIVO 10 (Lonza). X-VIVO 10 is een xeno-vrij proliferatiemedium, ontwikkeld voor bloedstamcellen. Eenmaal overgebracht, hadden de A549-cellen vergelijkbare eigenschappen en eenzelfde fenotype als in het ‘oude’ FBS-medium. De cellen zijn kubusvormig en relatief klein. Het onderzoeksteam raadt dit medium aan als je je resultaten wilt vergelijken met oude data of als je een homogene A549-populatie nodig hebt.

In CnT-Prime Airway gedroeg de cellijn zich anders. Dit medium is gericht op differentiatie en specifiek ontwikkeld voor luchtwegepitheelcellen. De onderzoekers zagen opmerkelijke morfologische en fysiologische verschillen tussen de cellijn in CnT-Prime Airway en in andere media. Ze deelden langzamer en differentieerden richting cellen van verschillende formaten, die meer lijken op ‘normaal’ longepitheel.

Voorbeeldfunctie

‘Deze publicatie is een van de best beschreven voorbeelden van hoe je een cellijn kunt laten adapteren aan een serumvrij medium’, zegt Van der Valk. Het team volgde het stappenplan dat de medisch bioloog met collega’s in 2010 publiceerde in Toxicology in Vitro. ‘De onderzoekers laten goed zien hoe je de adaptatie aanpakt. De cellen moeten zich kunnen aanpassen en dat beschrijven de auteurs zo goed dat andere wetenschappers het kunnen reproduceren. Voor hun eigen A549-cellen, maar ook als stappenplan voor nog te ontwikkelen media voor andere cellijnen.’

Van der Valk hoopt in de studies naar diervrije media een verplaatsing te zien van individuele laboratoria naar grote consortia. ‘We moeten niet steeds het wiel opnieuw uitvinden. Liever zie ik dat we een basismedium ontwikkelen dat iedereen kan kopen of maken, en dat je met enkele ingrediënten, zoals specifieke groeifactoren, geschikt kunt maken voor je eigen cellijn.’