细胞培养技术

细胞培养技术

科学技术
细胞培养(Cellculture)指从生物机体取出部分组织分散成单个细胞或直接从机体取出单个细胞,也可把体外培养细胞分散成单个细胞在体外条件下培养,细胞能继续存活与增殖。[1]
    中文名:细胞培养技术 外文名: 所属学科: 关于:细胞培养 优点:观察活细胞的形态结构和生命活动 缺点:仍有很大差异

研究应用

优点

1、直接观察活细胞的形态结构和生命活动。用于细胞学、遗传学、免疫学、实验医学和肿瘤学等多种学科研究、

2、直接观察细胞的变化可便于摄影。

3、研究细胞种类如低等到高等到人类、胚胎到成体、正常组织到肿瘤。

4、便于使用各种技术:相差、荧光、电镜、组化、同位素标记等方法观察和研究细胞状况。

5、是分子生物学和基因工程学的研究对象,也是其主要的组成部分。

6、易于施用物理、化学生物的实验研究。

7、易于提供大量生物性状相似的实验对象,耗资少比较经济。

8、成为生物制品单克隆抗体生产和基因工程等的材料来源。

缺点

组织和细胞离体后独立生存在人工的培养环境中,虽然模拟体内环境,仍有很大差异。因而利用培养细胞做实验时,不应视为体内细胞完全相同,把实验结果推测体内,轻易做出与体内等同的结论。

细胞类型

细胞类型根据是否附于支持物上生长的特性,分为贴附型、悬浮型。

贴附型

细胞贴附在支持物表面生长,只依赖贴附才能生长的细胞叫做贴附型细胞(Anchorrage-dependentcells)这种现象与细胞分化有关。

贴附型细胞的分型

1、成纤维型细胞:(fibroblast)来自中胚层

特点:与体内成纤维细胞形态相似,胞体梭型或不规则三角形,中央有圆形核,胞质向外伸出2~3个长短不同的突起。细胞在生长时呈放射状,漩涡或火焰状走行。

起源:细胞来自中胚层间充质组织。

除真正的成纤维细胞、心肌、平滑肌、成骨细胞、血管内皮细胞。

注意:细胞在培养时成为成纤维型细胞是一种惯称,与体内细胞不同。

(epithliumcelltype)来自外胚层。

特点:扁平不规则多角型、圆形核、细胞紧密相连成细胞增殖数目增多时,整个上皮膜随之移动。边缘细胞很少脱离细胞群而单独活动“拉网”现象与起源内外胚层组织有关。

组织:皮肤表皮及其衍生物(汗腺、皮脂腺)消化道分上皮、肝、胰、肺泡上皮。

3、游走型细胞(wanderingcelltype)

特点:在支持物上散在生长,不连接成片,胞质伸出伪足或突起呈活跃的游走或变形运动,速度快不规则,密度大连接成片呈多角形不易与其他类型的细胞区别。

4、多形型细胞(polymorphiccelltype)

特点:无规律的形态,如神经细胞。

悬浮型

特点:不贴附在支持物生长,胞体圆形,在培养液中生长空间大,可长时间的生长,繁殖旺盛便于做细胞代谢研究。S180肉瘤、血液里的白细胞、K562、HL-60。

分型的目的:

方便描述细胞在培养过程中的形态变化。培养条件好时,细胞相对稳定,可反映出起源、正常异常的区别,作为判定细胞生物学性状指标。

强调:一般形态并不是一项可靠指标要受各方面影响。

如:反复开关温箱、温度、C02的浓度、培养基变碱、支原体、pH值。细胞在接种时呈三角型状态,经培养一定时间后,细胞在传代前已形成上皮型细胞。

增殖

培养细胞的生存环境是培养瓶、器皿或其他容器,生存空间及营养是有限的。当细胞增殖到一定密度后,分离出一部分细胞和更新营养液,使细胞更好地生存,这一过程称之为“传代”(passage或subculture)。

值得注意的是:每次传代细胞在生长和增殖方面受到一定的影响。

细胞生命期

指细胞在培养过程中持续增殖和生长的时间。一般根据细胞种类、性状和原供体的年龄的情况而定。

如:二倍体成纤维细胞,在不冻存和反复传代条件下可传30~50代,相当于150~300个细胞增殖周期,能维持一年左右的生命,细胞便开始凋亡(apoptosis)。细胞在生存过程中经历以下三个阶段

1、原代培养期(primaryculture)

组织到第一次传代时间大约为1~4周

特点:

细胞活跃移动,分裂,但不旺盛多呈二倍体核型。

原代与体内原组织形态结构和功能活动基本相似。

各细胞的遗传性状互不相关,细胞相互依存性强,如果把这种稀释分散成单细胞,在软琼脂培养基中进行培养细胞克隆的形成率(cloningefficiency)下降,表明细胞独立生存性差。

2、传代期

(passage)

初代培养细胞一经传代便称之为细胞系(cellline)

特点:

细胞增殖旺盛,并维持二倍体核型,也叫二倍体细胞系(diploidcellline)为了保存二倍体细胞性质,细胞应在初代或传代早期冻存为好。

一般细胞在10代以内冻存。

冻存配方:

向培养液加入保护剂二甲基亚砜(DMSO)或甘油,封入安瓶中。

存于在液氮中温度可达到-196℃,可长期储存。如解冻后细胞复苏,仍能继续增殖生长,细胞性状不受影响,成为保存细胞最主要的手段。

3、衰退期

特点:细胞仍生存增殖减慢不增殖轮廓增强衰退凋亡

注意:细胞在三期中的任何一期(一般发生在传代后期或衰退期)在某些因素影响下,如血清质量不佳、病毒污染、温度和pH不稳等,细胞可能发生自发转化(spontaneoustransformation);

细胞可能获得永生性(immortality)或称为恶性性(malignancy)。细胞获得持久性的增殖能力,这样的细胞群体称为连续细胞系(continuouscellline)。而细胞获得不死性后,细胞核型大多变成异倍体(heteroploid)接触抑制消失。

培养细胞一代生存期

“一代”指细胞接种到分离再培养的所用的时间。与细胞倍增一代不是一个含义。在细胞一代中,细胞能倍增3~6次,经历三个阶段:

1、潜伏期

(latentphase):

接种经过悬浮期(细胞质回缩,胞体呈圆球形)贴壁。

初代培养细胞经过10~24小时或更多时间。

连续细胞系和癌细胞系经过10~30分钟贴附。

贴附现象是一个非常复杂和受多种因素的影响。

影响细胞贴附:底物表面不干净,影响细胞贴附。

利于细胞贴附:底物表面带有阳性物质与特殊物质:

纤粘连蛋白(fibronectinFN)、

细胞表面蛋白(cellsurfaceproteinCSP)

这些物质有的存在与细胞表面,有的来自血清。

潜伏期特点:

长短与细胞接种密度、种类、使用的培养基性质有关。

(1)细胞贴附后进入潜伏期,细胞无增殖。少见分裂相,细胞有运动活动。

(2)初代培养细胞潜伏期约为24~96小时或更长,

连续细胞系和肿瘤细胞潜伏期约6~24小时。

(3)细胞接种密度大潜伏期短。

(4)细胞出现分裂相增多时,标志细胞进入指数增生期。

2.指数增生期

(logarithmicgrowthphase):

特点:细胞增殖最旺盛阶段,分裂相增多。

细胞分裂指数(mitotieindexMI):

表示每1000个细胞中的分裂相数。

条件:分裂相数与细胞种类、培养成分、pH培养箱温度有关。

细胞分裂指数:

初代细胞:在0、1%~0、5%之间%,

连续分裂细胞和肿瘤细胞:3~5%。

指数增生期是作为细胞一代活力最好的时期,是进行实验最好和最主要的阶段。

指数增生期持续3~5天,细胞数量增多后生长空间变小,细胞相互接触可连接成片。

正常细胞:细胞相互接触能抑制细胞运动,这种现象称为接触抑制(contactinhibition)。

肿瘤细胞:没有这种现象,可作为区别正常与肿瘤细胞的标志之一。当肿瘤细胞达到一定密度后向三维空间发展,使细胞发生堆积(piledup)。

由于细胞不断增殖分裂,细胞数量持续增多,培养液的营养成分减少,代谢产物增多,细胞受营养的枯竭和代谢物的影响,则发生密度抑制(Densityinhibition),导致细胞分裂停止。

3、停滞期

(stagnatephase)

细胞量和密度达到饱和,细胞停滞增殖。表明细胞进入到停滞期,细胞数量持平,也称为平顶期(plateau)。

特点:细胞不增殖,有代谢活动。培养液中的营养已逐渐耗尽,代谢产物积累增多,pH降低,此时需要传代,否则细胞将会中毒,发生形态改变,细胞会从底物脱落死亡。

注意:

传代过晚将影响下一代细胞的生长,至少要再传1~2代,通过换液淘汰死细胞和受损较轻的细胞。待细胞全部恢复后再用。

在这一点上要特别注意。

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