研究應用
優點
1、直接觀察活細胞的形态結構和生命活動。用于細胞學、遺傳學、免疫學、實驗醫學和腫瘤學等多種學科研究、
2、直接觀察細胞的變化可便于攝影。
3、研究細胞種類如低等到高等到人類、胚胎到成體、正常組織到腫瘤。
4、便于使用各種技術:相差、熒光、電鏡、組化、同位素标記等方法觀察和研究細胞狀況。
5、是分子生物學和基因工程學的研究對象,也是其主要的組成部分。
6、易于施用物理、化學生物的實驗研究。
7、易于提供大量生物性狀相似的實驗對象,耗資少比較經濟。
8、成為生物制品單克隆抗體生産和基因工程等的材料來源。
缺點
組織和細胞離體後獨立生存在人工的培養環境中,雖然模拟體内環境,仍有很大差異。因而利用培養細胞做實驗時,不應視為體内細胞完全相同,把實驗結果推測體内,輕易做出與體内等同的結論。
細胞類型
細胞類型根據是否附于支持物上生長的特性,分為貼附型、懸浮型。
貼附型
細胞貼附在支持物表面生長,隻依賴貼附才能生長的細胞叫做貼附型細胞(Anchorrage-dependentcells)這種現象與細胞分化有關。
貼附型細胞的分型
1、成纖維型細胞:(fibroblast)來自中胚層
特點:與體内成纖維細胞形态相似,胞體梭型或不規則三角形,中央有圓形核,胞質向外伸出2~3個長短不同的突起。細胞在生長時呈放射狀,漩渦或火焰狀走行。
起源:細胞來自中胚層間充質組織。
除真正的成纖維細胞、心肌、平滑肌、成骨細胞、血管内皮細胞。
注意:細胞在培養時成為成纖維型細胞是一種慣稱,與體内細胞不同。
(epithliumcelltype)來自外胚層。
特點:扁平不規則多角型、圓形核、細胞緊密相連成細胞增殖數目增多時,整個上皮膜随之移動。邊緣細胞很少脫離細胞群而單獨活動“拉網”現象與起源内外胚層組織有關。
組織:皮膚表皮及其衍生物(汗腺、皮脂腺)消化道分上皮、肝、胰、肺泡上皮。
3、遊走型細胞(wanderingcelltype)
特點:在支持物上散在生長,不連接成片,胞質伸出僞足或突起呈活躍的遊走或變形運動,速度快不規則,密度大連接成片呈多角形不易與其他類型的細胞區别。
4、多形型細胞(polymorphiccelltype)
特點:無規律的形态,如神經細胞。
懸浮型
特點:不貼附在支持物生長,胞體圓形,在培養液中生長空間大,可長時間的生長,繁殖旺盛便于做細胞代謝研究。S180肉瘤、血液裡的白細胞、K562、HL-60。
分型的目的:
方便描述細胞在培養過程中的形态變化。培養條件好時,細胞相對穩定,可反映出起源、正常異常的區别,作為判定細胞生物學性狀指标。
強調:一般形态并不是一項可靠指标要受各方面影響。
如:反複開關溫箱、溫度、C02的濃度、培養基變堿、支原體、pH值。細胞在接種時呈三角型狀态,經培養一定時間後,細胞在傳代前已形成上皮型細胞。
增殖
培養細胞的生存環境是培養瓶、器皿或其他容器,生存空間及營養是有限的。當細胞增殖到一定密度後,分離出一部分細胞和更新營養液,使細胞更好地生存,這一過程稱之為“傳代”(passage或subculture)。
值得注意的是:每次傳代細胞在生長和增殖方面受到一定的影響。
細胞生命期
指細胞在培養過程中持續增殖和生長的時間。一般根據細胞種類、性狀和原供體的年齡的情況而定。
如:二倍體成纖維細胞,在不凍存和反複傳代條件下可傳30~50代,相當于150~300個細胞增殖周期,能維持一年左右的生命,細胞便開始凋亡(apoptosis)。細胞在生存過程中經曆以下三個階段
1、原代培養期(primaryculture)
組織到第一次傳代時間大約為1~4周
特點:
細胞活躍移動,分裂,但不旺盛多呈二倍體核型。
原代與體内原組織形态結構和功能活動基本相似。
各細胞的遺傳性狀互不相關,細胞相互依存性強,如果把這種稀釋分散成單細胞,在軟瓊脂培養基中進行培養細胞克隆的形成率(cloningefficiency)下降,表明細胞獨立生存性差。
2、傳代期
(passage)
初代培養細胞一經傳代便稱之為細胞系(cellline)
特點:
細胞增殖旺盛,并維持二倍體核型,也叫二倍體細胞系(diploidcellline)為了保存二倍體細胞性質,細胞應在初代或傳代早期凍存為好。
一般細胞在10代以内凍存。
凍存配方:
向培養液加入保護劑二甲基亞砜(DMSO)或甘油,封入安瓶中。
存于在液氮中溫度可達到-196℃,可長期儲存。如解凍後細胞複蘇,仍能繼續增殖生長,細胞性狀不受影響,成為保存細胞最主要的手段。
3、衰退期
特點:細胞仍生存增殖減慢不增殖輪廓增強衰退凋亡
注意:細胞在三期中的任何一期(一般發生在傳代後期或衰退期)在某些因素影響下,如血清質量不佳、病毒污染、溫度和pH不穩等,細胞可能發生自發轉化(spontaneoustransformation);
細胞可能獲得永生性(immortality)或稱為惡性性(malignancy)。細胞獲得持久性的增殖能力,這樣的細胞群體稱為連續細胞系(continuouscellline)。而細胞獲得不死性後,細胞核型大多變成異倍體(heteroploid)接觸抑制消失。
培養細胞一代生存期
“一代”指細胞接種到分離再培養的所用的時間。與細胞倍增一代不是一個含義。在細胞一代中,細胞能倍增3~6次,經曆三個階段:
1、潛伏期
(latentphase):
接種經過懸浮期(細胞質回縮,胞體呈圓球形)貼壁。
初代培養細胞經過10~24小時或更多時間。
連續細胞系和癌細胞系經過10~30分鐘貼附。
貼附現象是一個非常複雜和受多種因素的影響。
影響細胞貼附:底物表面不幹淨,影響細胞貼附。
利于細胞貼附:底物表面帶有陽性物質與特殊物質:
纖粘連蛋白(fibronectinFN)、
細胞表面蛋白(cellsurfaceproteinCSP)
這些物質有的存在與細胞表面,有的來自血清。
潛伏期特點:
長短與細胞接種密度、種類、使用的培養基性質有關。
(1)細胞貼附後進入潛伏期,細胞無增殖。少見分裂相,細胞有運動活動。
(2)初代培養細胞潛伏期約為24~96小時或更長,
連續細胞系和腫瘤細胞潛伏期約6~24小時。
(3)細胞接種密度大潛伏期短。
(4)細胞出現分裂相增多時,标志細胞進入指數增生期。
2.指數增生期
(logarithmicgrowthphase):
特點:細胞增殖最旺盛階段,分裂相增多。
細胞分裂指數(mitotieindexMI):
表示每1000個細胞中的分裂相數。
條件:分裂相數與細胞種類、培養成分、pH培養箱溫度有關。
細胞分裂指數:
初代細胞:在0、1%~0、5%之間%,
連續分裂細胞和腫瘤細胞:3~5%。
指數增生期是作為細胞一代活力最好的時期,是進行實驗最好和最主要的階段。
指數增生期持續3~5天,細胞數量增多後生長空間變小,細胞相互接觸可連接成片。
正常細胞:細胞相互接觸能抑制細胞運動,這種現象稱為接觸抑制(contactinhibition)。
腫瘤細胞:沒有這種現象,可作為區别正常與腫瘤細胞的标志之一。當腫瘤細胞達到一定密度後向三維空間發展,使細胞發生堆積(piledup)。
由于細胞不斷增殖分裂,細胞數量持續增多,培養液的營養成分減少,代謝産物增多,細胞受營養的枯竭和代謝物的影響,則發生密度抑制(Densityinhibition),導緻細胞分裂停止。
3、停滞期
(stagnatephase)
細胞量和密度達到飽和,細胞停滞增殖。表明細胞進入到停滞期,細胞數量持平,也稱為平頂期(plateau)。
特點:細胞不增殖,有代謝活動。培養液中的營養已逐漸耗盡,代謝産物積累增多,pH降低,此時需要傳代,否則細胞将會中毒,發生形态改變,細胞會從底物脫落死亡。
注意:
傳代過晚将影響下一代細胞的生長,至少要再傳1~2代,通過換液淘汰死細胞和受損較輕的細胞。待細胞全部恢複後再用。
在這一點上要特别注意。