DOI: https://doi.org/10.3389/ftox.2025.1612903
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40861932
تاريخ النشر: 2025-08-08
المؤلف: Tilo Weber وآخرون
الموضوع الرئيسي: الأمراض الفيروسية المعدية وتعبير الجينات في الحشرات
نظرة عامة
يؤكد القسم المراجع على الدور الحاسم لزراعة الخلايا في البحث العلمي، والتشخيصات السريرية، والتكنولوجيا الحيوية، مع تسليط الضوء على الاستخدام الشائع لمصل الجنين البقري (FBS) في وسائط الزراعة. على الرغم من تطبيقه الواسع، يثير FBS مخاوف كبيرة بشأن القابلية للتكرار، والسلامة، ورفاهية الحيوانات، مما يدفع إلى استكشاف بدائل موثوقة. يعرض المراجعة التطبيقات الناجحة للوسائط الخالية من المصل، والخالية من مكونات الحيوانات، والمحددة كيميائيًا في مجالات متنوعة، بما في ذلك زراعة الخلايا الجذعية والأعضاء، وأنظمة الأعضاء على شريحة، والطباعة الحيوية للأنسجة، وإنتاج اللحوم المزروعة، والأجسام المضادة، واللقاحات. يدعو إلى قبول أوسع للمنهجيات الخالية تمامًا من الحيوانات ويناقش التحديات والاتجاهات المستقبلية للانتقال بعيدًا عن FBS.
في الختام، يرسم المؤلفون أوجه التشابه بين استبدال طرق الاختبار القديمة، مثل اختبار الحمى في الأرانب، والجهود المستمرة للتخلص من FBS. يؤكدون أن المجتمع العلمي قادر على تطوير معاييره وممارساته، كما يتضح من التطور الناجح للبدائل الخالية من الحيوانات. تؤكد المراجعة في النهاية على جدوى اعتماد المواد الخالية من الحيوانات في البحث عبر مجالات متنوعة، مما يعزز نهجًا علميًا أكثر أخلاقية وموثوقية. يتم الاعتراف بالدعم المالي لهذا العمل، جنبًا إلى جنب مع مساهمات من أفراد ومنظمات مختلفة شاركت في البحث.
الطرق
يناقش القسم آثار استخدام المواد المشتقة من الحيوانات، وخاصة ألبومين مصل البقر (BSA)، في وسائط زراعة الخلايا. يُستخدم BSA عادةً في البيئات المختبرية، ومع ذلك، فإنه يشكل مخاطر سلامة محتملة بسبب وجود مواد غريبة مثل حمض N-glycolylneuraminic (Neu5Gc)، الذي يمكن أن يهدد سلامة المنتجات الخلوية العلاجية. يبرز المؤلفون أن العديد من المواد المختبرية، مثل مكملات B27، قد تحتوي على مكونات مشتقة من الحيوانات مخفية ما لم يتم وضع علامة عليها بوضوح على أنها خالية من الزين. على سبيل المثال، يحتوي بديل مصل KnockOut™ (KOSR)، الذي يُستخدم غالبًا لزراعة الخلايا الجذعية، على AlbuMAX®، وهو شكل غني بالدهون من BSA، مما يجعله غير مناسب للتطبيقات السريرية بسبب ارتباطه بالزين.
يدعو المؤلفون إلى استخدام ألبومين مصل الإنسان (HSA) وبروتينات بشرية أخرى في التطبيقات التكنولوجية الحيوية التي تشمل خلايا بشرية، حيث أن هذه البدائل تقلل من المخاطر المرتبطة بالمواد المشتقة من البقر. بالإضافة إلى ذلك، يؤكدون على أهمية الشفافية في تركيبات الوسائط المتاحة تجاريًا، مشيرين إلى أن العديد منها لا يزال غير معلن، مما يعقد تحديد الخيارات الخالية حقًا من مكونات الحيوانات. يذكر القسم أيضًا بدائل واعدة مستمدة من الطحالب والنباتات، مثل البروتينات من Galdieria sulphuraria ومواد الصويا المهدرجة، التي توفر مغذيات أساسية لزراعة الخلايا مع تجنب التعقيدات المرتبطة بالمواد المشتقة من الحيوانات.
النتائج
يسلط قسم النتائج الضوء على المخاوف الأخلاقية المحيطة باستخدام مصل الجنين البقري (FBS) في البحث البيولوجي والطبي. يتم الحصول على FBS من دم العجول الجنينية، مما يثير قضايا كبيرة تتعلق برفاهية الحيوانات، خاصةً أن طريقة الاسترجاع تتسم بالتدخل وتفتقر إلى توافق علمي بشأن معاناة الأجنة البقرية خلال هذه العملية. يجادل المؤلفون بأنه، بغض النظر عن حالة الأجنة في وقت جمع الدم، تظل الاعتبارات الأخلاقية ذات أهمية قصوى، خاصةً في ظل غياب طرق القتل الرحيم المقررة والتخدير للأجنة.
بالإضافة إلى ذلك، فإن نقل الأمهات الحوامل إلى المسالخ يزيد من معاناة كل من الأمهات وأجنتهن، مما قد يؤدي إلى نتائج سلبية مثل الولادة المبكرة أو الإجهاض التلقائي. دعت مجموعة يوروغروب للحيوانات إلى وقف نقل الحيوانات الحوامل بعد 40% من فترة حملها. يؤكد المؤلفون أن الاعتماد على المواد المشتقة من الحيوانات في الطرق المختبرية وإنتاج اللحوم المزروعة يقوض الفوائد الأخلاقية لهذه الابتكارات. وبالتالي، يدعون إلى التخلص التدريجي من FBS لحل هذه المعضلات الأخلاقية وتعزيز ممارسات البحث الأكثر إنسانية.
المناقشة
تسلط المناقشة الضوء على الاستخدام الواسع لمصل الجنين البقري (FBS) في زراعة الخلايا، على الرغم من عيوبه الكبيرة، بما في ذلك التباين، ومخاطر التلوث، والمخاوف الأخلاقية. تم تقديم FBS في عام 1958، وهو مزيج معقد يدعم نمو الخلايا ولكنه يمكن أن يغير سلوك الخلايا ويؤدي إلى نتائج تجريبية غير موثوقة. أظهرت الدراسات أن FBS يمكن أن يحفز تغييرات في النمط الظاهري للخلايا، مما يؤثر على صلاحية نماذج البحث، خاصةً في التركيزات العالية. يساهم التباين بين دفعات FBS في أزمة القابلية للتكرار في البحث العلمي، حيث يواجه الباحثون غالبًا عدم اليقين بشأن جودة وتأثيرات FBS على تجاربهم.
علاوة على ذلك، فإن إمكانية التلوث بالعوامل الممرضة وغياب الشفافية في إنتاج FBS تثير قضايا سلامة وأخلاقية خطيرة. تعقّد التقلبات المالية المرتبطة بأسعار FBS، المرتبطة بأسواق اللحوم والألبان، استخدامه في البحث. في ضوء هذه التحديات، تدعو الورقة إلى الانتقال إلى بدائل خالية من مكونات الحيوانات، والتي تتوفر بشكل متزايد ويمكن أن تعزز القابلية للتكرار والجدوى الاقتصادية في زراعة الخلايا. يؤكد المؤلفون على ضرورة أن يتبنى المجتمع العلمي هذه البدائل لضمان ممارسات بحث موثوقة وأخلاقية، داعين في النهاية إلى تقليل استخدام FBS إلى الحالات التي لا توجد فيها بدائل قابلة للتطبيق.
DOI: https://doi.org/10.3389/ftox.2025.1612903
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40861932
Publication Date: 2025-08-08
Author(s): Tilo Weber et al.
Primary Topic: Viral Infectious Diseases and Gene Expression in Insects
Overview
The reviewed section emphasizes the critical role of cell cultures in scientific research, clinical diagnostics, and biotechnology, highlighting the prevalent use of fetal bovine serum (FBS) in culture media. Despite its widespread application, FBS raises significant concerns regarding reproducibility, safety, and animal welfare, prompting the exploration of validated alternatives. The review showcases successful applications of serum-free, animal-component-free, and chemically defined media in various fields, including stem cell and organoid cultivation, organ-on-a-chip systems, tissue bioprinting, and the production of cultivated meat, antibodies, and vaccines. It advocates for the broader acceptance of fully animal-free methodologies and discusses the challenges and future directions for transitioning away from FBS.
In the conclusion, the authors draw parallels between the historical replacement of outdated testing methods, such as the rabbit pyrogen test, and the ongoing efforts to phase out FBS. They assert that the scientific community is capable of evolving its standards and practices, as evidenced by the successful development of animal-free alternatives. The review ultimately underscores the feasibility of adopting animal-free materials in research across various disciplines, promoting a more ethical and reliable scientific approach. Financial support for this work is acknowledged, along with contributions from various individuals and organizations involved in the research.
Methods
The section discusses the implications of using animal-derived materials, particularly bovine serum albumin (BSA), in cell culture media. BSA is commonly utilized in laboratory settings, yet it poses potential safety risks due to the presence of xenogenic substances like N-glycolylneuraminic acid (Neu5Gc), which can compromise the safety of therapeutic cellular products. The authors highlight that many laboratory materials, such as B27 supplements, may contain hidden animal-derived components unless explicitly labeled as xeno-free. For instance, KnockOut™ Serum Replacement (KOSR), which is often used for stem cell culture, contains AlbuMAX®, a lipid-rich form of BSA, making it unsuitable for clinical applications due to its association with xenoantigens.
The authors advocate for the use of human serum albumin (HSA) and other human proteins in biotechnological applications involving human cells, as these alternatives mitigate the risks associated with bovine-derived materials. Additionally, they emphasize the importance of transparency in the formulations of commercially available media, noting that many remain undisclosed, which complicates the identification of truly animal-component-free options. The section also mentions promising alternatives derived from algae and plants, such as proteins from Galdieria sulphuraria and soy hydrolysates, which provide essential nutrients for cell culture while avoiding the complications associated with animal-derived materials.
Results
The results section highlights the ethical concerns surrounding the use of fetal bovine serum (FBS) in biological and medical research. FBS is derived from fetal calf blood, which poses significant animal welfare issues, particularly since the method of retrieval is invasive and lacks scientific consensus on the suffering of bovine fetuses during the process. The authors argue that, regardless of the fetuses’ status at the time of blood collection, ethical considerations remain paramount, especially given the absence of mandated humane killing methods and anesthesia for the fetuses.
Additionally, the transportation of pregnant dams to slaughterhouses exacerbates the suffering of both the dams and their fetuses, potentially leading to adverse outcomes such as premature birth or spontaneous abortion. The Eurogroup for Animals has called for a halt to the transport of pregnant animals beyond 40% of their gestation period. The authors emphasize that the reliance on animal-derived materials in in vitro methods and cultivated meat production undermines the ethical benefits of these innovations. Consequently, they advocate for the phasing out of FBS to resolve these ethical dilemmas and promote more humane research practices.
Discussion
The discussion highlights the pervasive use of fetal bovine serum (FBS) in cell culture, despite its significant drawbacks, including variability, contamination risks, and ethical concerns. FBS, introduced in 1958, is a complex mixture that supports cell growth but can alter cellular behavior and lead to unreliable experimental outcomes. Studies have shown that FBS can induce phenotypic changes in cells, affecting the validity of research models, particularly in high concentrations. The variability between FBS lots contributes to the reproducibility crisis in scientific research, as researchers often face uncertainties regarding the quality and effects of FBS on their experiments.
Moreover, the potential for contamination with pathogens and the lack of transparency in FBS production raise serious safety and ethical issues. The financial volatility associated with FBS prices, linked to the beef and dairy markets, further complicates its use in research. In light of these challenges, the paper advocates for the transition to animal-component-free alternatives, which are increasingly available and can enhance reproducibility and cost-effectiveness in cell culture. The authors emphasize the need for the scientific community to adopt these alternatives to ensure reliable and ethical research practices, ultimately calling for a reduction in FBS use to instances where no viable substitutes exist.