СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СЫВОРОТКИ КРОВИ ПЛОДОВ КОРОВ ДЛЯ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ КЛЕТОК ЖИВОТНЫХ И ЧЕЛОВЕКА
METHOD FOR PREPARING BLOOD SERUM OF CATTLE FOETUSES FOR ANIMAL AND HUMAN CELL CULTURE

Изобретение относится к биотехнологии при культивировании клеток животных и человека. Фетальная сыворотка обеспечивает рост крайне прихотливых культур клеток, но она дефицитна и дорогостоящая по причине, прежде всего, ограниченного количества доноров, а также несовершенства существующих технологий ее получения.
3
3
3
Известен ряд способов получения сыворотки плодов коров, которые взяты нами в качестве аналогов предлагаемого изобретения (Романюк Е.Н. и др. Опыт получения препарата сыворотки крови эмбрионов коров // Цитология // 1983. - Т.25. - №9. - С.1093; Каулен Д.Р. и др. А.с. 1015894, МКИА61К 31/00 (СССР), 1983. Способ получения эмбриональной сыворотки крови; Хазипов Н.З. и др. Методические рекомендации по ускоренному получению сыворотки крови животных для культивирования клеток и вирусологических исследований методом центрифугирования. М., 1985, с.2-5; Хаертынов К.С. и др. Фетальная сыворотка крови крупного рогатого скота // Ветеринария. - 1990. - №3. - С.62-63; Franz H. et al. Patent 223921, MKI А61К 35/16. (DDR), 1985. Verfahren zur Gewinung von fetalen Kälberserum und fetaler substanzen; W. Wittmann et al. Patent 223922, MKIА61К 35/16 (DDR), 1985. Verfahren zur Gewinung von fetalem und neonatalem Kälberserum). Близких аналогов данного способа за последние годы в доступной литературе и в интернете нами не обнаружено.
Общими для этих способов получения фетальной сыворотки плодов коров являются следующие недостатки:
1. Взятие крови проводится у 5-9-месячных плодов коров без учета эффективности их обескровливания. Поэтому при совершенствовании технологии получения данной сыворотки первостепенное внимание было уделено оптимизации взятия крови, что отражено в авторском свидетельстве СССР №1544965 «Способ взятия крови из сердца эмбрионов коров» от 3 января 1991 года (Гурьянов Н.И. и др.), которое взято нами в качестве близкого аналога по данному звену технологической цепи получения фетальной сыворотки.
2. Выход сыворотки к объему взятой крови мал и составляет 50%.
3. Данные технологии не имеет профилактических мер и методов удаления факторов, ингибирующих рост клеток (остаточный гемоглобин, общие липиды и др.). Для улучшения качественных параметров фетальной сыворотки в качестве аналога нами взят способ, описанный в патенте РФ №1813783 «Способ получения сыворотки крови животных для культивирования клеток животных тканей» от 5 марта 1994 года (Гурьянов Н.И. и др.)
Другим аналогом, но только по качественным характеристикам, является фетальная сыворотка крови плодов коров, которая до сих пор считается самой лучшей биологической добавкой в питательные среды при выращивании культур клеток животных и человека (ТУ ФС 42-7ВС-85), утвержденной Минздравом СССР 4 апреля 1985 года. В табл.1 приведены качественные показатели, которым должна соответствовать сыворотка крови плодов коров.
Таблица 1
Показатели качества сыворотки крови плодов коров по ТУ ФС 42-7ВС-85
Показатели
Сыворотка крови плодов коров по ТУ ФС 42-7 ВС-85
Прозрачность (535 нм)
Не более 0,300 ед. оптической плотности
рН
7,6±0,2
Свободный гемоглобин
Не более 50 мг/дл
Общие липиды
30-50 мг/дл
Холестерин
10-20 мг/дл
Общий белок, в том числе:
4,5±2,5 г/дл
альбумины
55±5%
α-глобулины
35±5%
β-глобулины
10±5%
γ-глобулины
Ниже 1%
Ростстимулирующая активность на перевиваемых линиях клеток по
индексу их пролиферации
Не менее 6,0-7,0
Наиболее близким по техническому решению является способ получения сыворотки крови плодов коров, описанный Хазиповым Н.З. и др. в 1985 году, который взят нами в качестве прототипа предлагаемого изобретения, но при апробации получения сыворотки по данной технологии обнаружен ряд существенных недостатков, имеющих место при взятии крови, отделении из нее сыворотки и ее стерилизации.
Недостатки при взятии крови сводятся к следующему:
1. Экспериментально установлено, что объем взятой крови, выраженный в процентах от массы тела, мал и составляет: у плодов - 1-5 кг - 3,07±0,23; 5-10 кг - 2,87±0,16; свыше 10 кг - 2,33±0,26.
2. Место прокола иглой довольно неопределенно (между 3 и 4 ребрами с левой стороны плода), поэтому левосторонняя кардиопункция часто бывает неудачной.
3. Объем крови, извлекаемый ординарными системами у плодов массой 1-4 кг, незначителен. Их использование в данном случае практически невозможно. Это большой недостаток, если учесть, что плоды массой 1-4 кг составляют иногда 40-50% от общего их количества. Данный недостаток существует и в экономических патентах ГДР.
4. Иглы типа «Рекорд» имеют малый диаметр (1-1,5 мм), что не дает возможности для быстрого обескровливания, а иглы диаметром 5-7 мм сильно травмируют (особенно при повторном проколе) сердце плода и кровь в значительной степени изливается в грудную полость.
5. Система типа «елочка» неудобна в эксплуатации, так как громоздка и при неудачной кардиопункции в дальнейшем не может быть использована.
6. Флаконы заполняют кровью лишь на 50-60% их объема, что нерационально и требует большего их количества.
Недостатком отделения сыворотки плодов коров по прототипу является то, что полузаполненные кровью флаконы, выдержанные 4-5 часов при температур +6…+10°С, центрифугируют лишь при скорости 700-800 об/мин не менее 40-50 минут. Сбор сыворотки проводят под разрежением у пламени горелки из открытых флаконов, расположенных под углом 45°,с помощью толстой стеклянной трубки, что приводит к попаданию в собранную сыворотку большого количества форменных элементов крови и в каждом флаконе остается по 20-25 мл сыворотки.
Недостатком стерилизации ее является то, что фильтрацию проводят в день сбора сыворотки через набор миллипоровых фильтров при положительном давлении 0,5-0,7 атм, причем в подогретом виде до +30…+37°С. Каждодневная фильтрация сыворотки создает дополнительные трудности, большой расход фильтров и ведет к значительной ее потере. Профильтрованную сыворотку через 7-14 дней подвергают повторной стерилизации, так как на дно флаконов выпадает осадок.
Цель предлагаемого изобретения - повышение эффективности способа на всех этапах технологической цепи получения сыворотки крови плодов коров, включая улучшение ее биологических свойств.
Поставленная цель решается за счет существенных изменений в способах взятия крови, отделения и стерилизации сыворотки крови плодов коров.
Способ получения сыворотки крови плодов коров для культивирования клеток животных и человека, включающий взятие крови, отделение сыворотки, 2-кратную стерилизующую ее фильтрацию, отличающийся тем, что кровь у плодов берут унифицированной стерильной системой в стеклянные флаконы емкостью 250 мл с гипертоническим раствором NaCl, заполняя их на 80-100%, кардиопункцию проводят через углубление у краниальной части грудной кости, отделение сыворотки центрифугированием при 2000 об/мин в течение 30-40 минут, после сбора сыворотки ее замораживают при -15…-20°С не менее 7 дней, после разморозки при +4…+20°С сыворотку собирают, удаляя сильно гемолизированные слои, предварительно фильтруют через глубинные фильтры EKS, а затем через стерилизующие мембранные фильтры при +2…+6°С.
Отличительные признаки и полезная эффективность предлагаемого способа взятия крови из сердца плодов коров сводятся к следующему:
1. Кардиопункция через углубление у краниальной части грудной кости более проста, надежна в исполнении;
2. Взятие крови проводят асептически унифицированной системой, включающей в себя иглу с внутренним диаметром 3 мм и силиконовую трубку во флаконы емкостью 250 мл.
3. Для смачивания внутренних поверхностей флаконов и для лучшей ретракции сгустка крови во флаконы наливают 5% раствор натрия хлористого из расчета 2 мл на 100 мл крови.
4. Взятие крови проводят в 2 этапа: первый - кардиопункция и свободное стекание крови (до прекращения) из плодов, подвешенных за задние конечности в вертикальном положении, второй - принудительное удаление крови, заключающееся в массаже тела, поднятии головы и шеи выше уровня проекции сердца, с одновременным наружным его массажем.
5. Флаконы заполняют кровью до 80-100% их объема, помещают в вертикальном положении в холодную воду со льдом (температура +6…+8°С), где их выдерживают до центрифугирования 3-4 часа.
6. Преимущества предлагаемого способа взятия крови у плодов коров дают возможность для увеличения объема забираемой крови в сравнении с прототипом в 2-3 раза, что ведет к снижению себестоимости конечной продукции.
Отделение и сбор сыворотки также имеют отличительные признаки. По усовершенствованной нами методике флаконы, заполненные кровью, центрифугируют 30-40 минут при скорости 1800-2000 об/мин, а сбор отделившейся сыворотки проводят под разрежением специальной системой во флаконы емкостью 500 мл до отметки 400 мл и замораживают при температуре -15…-20°С не менее 7 суток. После первого осторожного сбора светлой сыворотки из флаконов проводят повторный сбор ее со взвесью форменных элементов во флаконы емкостью 250 мл, которые подвергают центрифугированию при 1000 об/мин в течение 10-15 минут, что позволяет дополнительно извлекать в расчете на каждый флакон с кровью плодов коров 10-15 мл светлой сыворотки. Выход сыворотки по сравнению с прототипом велик и варьирует от 60 до 75% от объема крови.
Отличительные признаки стерилизации сыворотки по предлагаемой технологии сводятся к следующему. После оттаивания при температуре +4…+20°С из сыворотки выпадают нестойкие белки в осадок, которые отфильтровывают через плотную ткань, после чего сыворотку крови предварительно фильтруют при +2…+6°С через глубинные фильтры EKS, а затем через стерилизующие мембранные фильтры любой надежной фирмы, например «Millipore Intertec» США, ее филиала в Ирландии, или «Владисарт» Россия.
Существенным отличием способа получения сыворотки крови плодов коров является то, что мы используем унифицированную нами технологию ее получения, что иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1. Взятие крови у плодов коров по предлагаемому способу в сравнительном аспекте с прототипом
Исследования по взятию крови проведены на достаточно большом количестве плодов коров и результаты отражены в табл.2.
Таблица 2
Результаты взятия крови у плодов коров по известному прототипу и предлагаемому способам
Группы плодов коров с массой тела, кг
Способ взятия крови
известный М±m
предлагаемый М±m
До 5 кг
Количество плодов
12
10
Взято крови к живой массе, %
3,07±0,23
5,35±0,23
5-10 кг
Количество плодов
10
9
Взято крови к живой массе, %
2,87±0,16
5,20±0,18
Больше 10 кг
Количество плодов
6
12
Взято крови к живой массе, %
2,33±0,26
5,00±0,13
Как следует из табл.2, преимущества предлагаемого способа взятия крови у плодов коров по сравнению с прототипом очевидны.
Пример 2. Влияние концентрации раствора натрия хлористого на выход сыворотки крови плодов коров и содержание в ней общего белка и остаточного гемоглобина
Для изучения влияния концентрации натрия хлористого на выход сыворотки и содержание в ней общего белка и остаточного гемоглобина кровь брали у 13 плодов коров массой тела 13,5-30,6 кг. С возрастанием концентрации раствора натрия хлористого достоверно увеличивался выход сыворотки крови и снижалось содержание в ней остаточного гемоглобина. Изменение уровня белка в сыворотке крови статистически недостоверно, но масса общего белка в объеме сыворотки, отделившейся из 1 л крови, увеличилась с повышением концентрации солевого раствора и составляла при 1%-ной его концентрации 19,1±0,4 г, 5%-ной - 20,7±0,4 г и 10%-ной - 22,5±0,4 г. Результаты проведенных исследований отражены в табл.3.
Таблица 3
Влияние концентрации раствора натрия хлористого на выход сыворотки крови плодов коров и содержание в ней общего белка и остаточного гемоглобина
Концентрация раствора NaCl, %
Выход сыворотки
Концентрация общего белка в сыворотке крови, г/л
Концентрация гемоглобина в сыворотке крови, мл/100 мл
мл
% к объему крови
1(контроль)
130,0±2,4
52,0±1,0
36,8±0,7
28,2±1,3
5
144,8±1,8
57,8±0,7
35,8±0,7
23,7±1,1
Р<0,001
Р>0,05
Р<0,01
10
160,4±1,7
64,2±0,7
35,1±0,7
23,1±1,0
Р<0,001
Р>0,05
Р<0,01
Использование гипертонического раствора натрия хлористого не только способствует увеличению выхода сыворотки, но также улучшает ее ростстимулирующую активность на культурах клеток.
Пример 3. Влияние объема 10%-ного раствора натрия хлористого на выход сыворотки крови плодов коров и содержание в ней общего белка и остаточного гемоглобина. Результаты исследований приведены в табл.4.
Таблица 4
Влияние объема 10%-ного раствора натрия хлористого на выход сыворотки крови плодов коров и содержание в ней общего белка и остаточного гемоглобина
Объем раствора NaCl на100 мл крови, мл
Выход сыворотки
Концентрация общего белка в сыворотке крови, г/л
Концентрация гемоглобина в сыворотке крови, мл/100 мл
мл
% к объему крови
1 (контроль)
137,1±2,0
54,9±0,8
39,8±1,6
23,5±2,1
2
154,3±1,8
61,7±0,7
38,3±1,7
22,3±1,3
Р<0,001
Р>0,05
Р>0,05
3
154,3±1,8
61,7±0,7
36,8±1,6
22,7±1,6
Р<0,001
Р>0,05
Р>0,05
4
154,3±1,8
61,7±0,7
35,6±1,7
23,3±1,7
Р<0,001
Р>0,05
Р>0,05
Объем солевого раствора до определенного предела оказывал существенное влияние на выход сыворотки. Максимальный ее выход наблюдали при добавлении раствора натрия хлористого во флаконы из расчета 2 мл на 100 мл крови. Снижение концентрации общего белка и остаточного гемоглобина при увеличении объема солевого раствора статистически недостоверно.
Пример 4. Влияние очередности заполнения флаконов кровью плодов коров на выход сыворотки и содержание в ней общего белка и остаточного гемоглобина.
Опытным путем установлено достоверное снижение выхода сыворотки из крови плодов коров от первых флаконов к последним. Данный показатель от 1 до 6 флаконов уменьшался на 14,5%. Снижение концентрации общего белка в сыворотке крови недостоверно. Содержание остаточного гемоглобина в 6 флаконах по сравнению с 1 возрастал более чем в 2 раза. Кровь взята у 8 плодов, а результаты данного опыта приведены в табл.5.
Таблица 5
Влияние очередности заполнения флаконов кровью плодов коров на выход сыворотки и содержание в ней общего белка и остаточного гемоглобина
Номер флакона
Выход сыворотки крови
Концентрация общего белка в сыворотке крови, г/л
Концентрация остаточного гемоглобина в сыворотке крови, мг/100 мл
мл
к объему крови, %
1(контроль)
160,0±2,5
64,0±1,0
38,3±0,7
21,5±1,1
2
158,3±1,8
63,3±0,7
37,6±0,8
24,7±0,9
Р>0,05
Р>0,05
Р<0,01
3
148,9±1,9
59,6±0,8
37,1±0,9
29,0±1,1
Р<0,01
Р>0,05
Р<0,001
4
148,3±1,8
59,3±0,7
36,4±0,9
33,5±1,4
Р<0,01
Р>0,05
Р<0,001
5
141,1±1,9
56,4±0,8
35,8±1,0
40,1±1,7
Р<0,001
Р>0,05
Р<0,001
6
135,0±2,5
54,0±1,0
35,5±1,7
44,9±3,2
Р<0,001
Р>0,05
Р<0,001
Пример 5. Влияние времени взятия крови у плодов коров на содержание в сыворотке общего белка и остаточного гемоглобина.
При определении влияния сроков взятия крови у плодов коров на содержание в их сыворотке общего белка и остаточного гемоглобина учитывали то обстоятельство, что во время движения животных на конвейере от момента обескровливания до их нутровки проходит 30 минут. Поэтому отсчет времени начинали с момента обескровливания стельных коров. В зависимости от времени взятия крови достоверно увеличивалась концентрация остаточного гемоглобина, снижение же общего белка по мере обескровливания плодов коров не достоверно, что отражено в табл.6.
Таблица 6
Влияние времени взятия крови у плодов коров на содержание в сыворотке общего белка и остаточного гемоглобина
Время взятия крови у плодов от момента обескровливания коров, мин
Концентрация общего белка в сыворотке крови, г/л
Концентрация остаточного гемоглобина в сыворотке крови, мг/100 мл
30 (контроль)
34,9±1,5
20,3±1,5
40
34,2±1,4
27,2±1,5
Р>0,05
Р<0,01
50
33,5±1,5
36,2±1,8
Р>0,05
Р<0,001
60
32,9±1,5
49,6±2,6
Р>0,05
Р<0,001
70
32,2±1,5
69,1±4,9
Р>0,05
Р<0,001
Сыворотка, полученная из крови плодов через 1 час после обескровливания коров, сильно гемолизирована и часто бывает непригодна для дальнейшей переработки. Если до нутровки животных долго держали на конвейере, то в 2-3 раза снижался и объем взятой крови у плодов.
Пример 6. Зависимость выхода сыворотки крови плодов коров от объема флаконов.
Для изучения влияния объема флаконов, заполняемых кровью, у 6 плодов коров массой тела 13,2-28,2 кг во флаконы емкостью 250 и 450 мл, которые предварительно заполняли 10%-ным раствором натрия хлористого из расчета 2 мл на 100 мл крови. Флаконы разного объема объединяли в общие системы. Выход сыворотки в процентах к объему крови составил во флаконах на 250 мл 65,0±1,2%, а на 450 мл - 60,1±0,7%. Следует отметить, что сыворотку, собранную из флаконов емкостью 450 мл, всегда дополнительно центрифугировали, так как она сильно опалесцировала. Меньший выход сыворотки, ее опалесценция во флаконах емкостью 450 мл, по-видимому, обусловлены их большим диаметром.
Пример 7. Изучение физико-биохимических показателей и биологической активности сыворотки крови плодов коров, получаемой по предлагаемой технологии.
Многократными опытами по получению фетальной сыворотки установлены определенные параметры ее качества, которые отражены в табл.7.
Таблица 7
Рекомендуемые параметры контроля качества жидкой сыворотки крови плодов коров для культивирования клеток
№ п/п
Показатели
Параметры
1
Внешний вид
Прозрачная жидкость соломенно-желтого или красновато-желтого цвета
2
Прозрачность, ед. опт. плотности
0,114±0,019
3
рН
7,26±0,13
4
Остаточный гемоглобин, мг/100 мл
30,0±5,2
5
Общие липиды, мг/100 мл
70,0±4,6
6
Холестерин, мг/100 мл
38,2±3,8
7
Общий белок, г/100 мл
3,16±0,20
в том числе:
альбумины
1,32±0,12
α-глобулины
1,26±0,10
β-глобулины
0,42±0,08
γ-глобулины
0,17±0,02
8
Ростстимулирующая активность по индексу пролиферации перевиваемых
клеток РК-15, Vero, NGUC-1, Hela и др.
6,16-7,48
9
Возможные контаминанты: бактерии,
грибы, микоплазмы, вирусы
отсутствуют
Необходимо отметить, что по предлагаемой методике получения фетальной сыворотки удаление ингибиторов роста клеток (остаточный гемоглобин, общие липиды, холестерин и др.) проводят после размораживания сыворотки крови плодов коров только из флаконов, в которых у их дна содержатся сильногемолизированные слои сыворотки.
Преимущества предлагаемых методов взятия крови и отделения сыворотки у плодов коров дают в совокупности возможность для увеличения объема производства конечного продукта в сравнении с существующими технологиями более чем в 3 раза. Технологический цикл по получению фетальной сыворотки несколько удлиняется, но это приводит к позитивным изменениям как биохимического состава, так и биологических ее свойств. Улучшение качественных показателей фетальной сыворотки за счет снижения концентрации общего белка, в том числе γ-глобулинов, остаточного гемоглобина, общих липидов, в том числе общего холестерина, достигается методом замораживания - оттаивания ее и сбора лишь верхних светлых слоев сыворотки до границы с гемолизированными слоями в случае, если сыворотка сильно гемолизирована. Ни одна из серий сыворотки, получаемой предлагаемым методом, не оказывала токсического действия на разнообразные перевиваемые культуры клеток. Кроме того, мы культивировали на среде с этой сывороткой перевиваемую линию клеток Hela, Vero, а также данная сыворотка успешно прошла испытания в г. Казани в городском диагностическом центре и центре гигиены и эпидемиологии на перевиваемых линиях клеток человека.