細胞培養技術

細胞培養技術

科學技術
細胞培養(Cellculture)指從生物機體取出部分組織分散成單個細胞或直接從機體取出單個細胞,也可把體外培養細胞分散成單個細胞在體外條件下培養,細胞能繼續存活與增殖。[1]
    中文名:細胞培養技術 外文名: 所屬學科: 關于:細胞培養 優點:觀察活細胞的形态結構和生命活動 缺點:仍有很大差異

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。

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