從生物體內(nèi)取出組織或細胞，在體外(in vitro)模擬體內(nèi)生理環(huán)境，在無菌、適當溫度和一定營養(yǎng)條件下，對這些組織或細胞進行孵育培養(yǎng)，使之保持一定的結構和功能，以便于我們觀察研究，這種方法就是細胞培養(yǎng)（cell culture）。有時細胞培養(yǎng)也稱為組織培養(yǎng)（tissue culture），二者可作為同義語使用。

細胞培養(yǎng)的工作始于20世紀初目前廣泛應用于生物學、醫(yī)學的各個領域，并且是各種細胞工程技術的基礎。哈里森（ Harrison，1907），因此被稱為”組織培養(yǎng)之父”

培養(yǎng)細胞的類型及其特點

體外培養(yǎng)細胞大多培養(yǎng)在瓶皿等容器中，根據(jù)它們是否能貼附在支持物上生長的特性，可分為貼附型和懸浮型兩大類。

1.貼附型：

大多數(shù)培養(yǎng)細胞均為貼附型，它們必須貼附在支持物表面生長，這類細胞在體內(nèi)時各自具有其特殊的形態(tài)，但在體外培養(yǎng)時貼附于支持物后形態(tài)上表現(xiàn)單一化而失去體內(nèi)原有的某些特征，多呈上皮樣或成纖維細胞樣。

正常貼附型細胞的特點：

①接觸抑制：正常貼附型細胞具有接觸抑制的特性，細胞相互接觸后可抑制細胞的運動，因此細胞不會相互重疊于其上面生長。
②密度抑制：細胞生長、匯合成片后，雖發(fā)生接觸抑制，但只要營養(yǎng)充分，仍可增殖分裂，但當細胞數(shù)量達到一定密度后，由于營養(yǎng)的枯竭和代謝物的影響，細胞分裂停止，稱為密度抑制。

腫瘤細胞的接觸抑制及密度抑制往往減弱或消失，因此細胞可向三維空間發(fā)展，導致細胞堆積，并可生長至較高的終末細胞密度。

2.懸浮型：

①少數(shù)細胞在培養(yǎng)時不貼附于支持物上，而以懸浮狀態(tài)生長，包括一些取自血、脾或骨髓的培養(yǎng)細胞，尤其是血液白細胞，以及一些腫瘤細胞。
②細胞懸浮生長時可以呈單個細胞或細小的細胞團，胞體為圓形。
③其優(yōu)點是在培養(yǎng)液中生長，生存空間大，允許長時間生長，便于大量繁殖。

細胞培養(yǎng)步驟

在進行細胞培養(yǎng)時，我們常用的儀器設備有：

無菌室，超凈工作臺，三重純水蒸餾器，抽氣泵，壓力蒸氣消毒器，電熱恒溫培養(yǎng)箱，培養(yǎng)器具，CO2培養(yǎng)箱，恒溫水浴鍋，倒置顯微鏡，離心機，無菌過濾器，洗刷裝置，細胞計數(shù)板和電子細胞技術儀等等。

細胞培養(yǎng)的步驟過程，大致可分為以下幾個環(huán)節(jié)：

1.準備工作

準備工作對開展細胞培養(yǎng)異常重要，工作量也較大，應給予足夠的重視，推備工作中某一環(huán)節(jié)的疏忽可導致實驗失敗或無法進行。準備工作的內(nèi)容包括器皿的清洗、干燥與消毒，培養(yǎng)基與其他試劑的配制、分裝及滅菌，無菌室或超凈臺的清潔與消毒，培養(yǎng)箱及其他儀器的檢查與調(diào)試。

2.取材

在無菌環(huán)境下從機體取出某種組織細胞（視實驗目的而定），經(jīng)過一定的處理（如消化分散細胞、分離等）后接入培養(yǎng)器血中，這一過程稱為取材。如是細胞株的擴大培養(yǎng)則無取材這一過程。機體取出的組織細胞的首次培養(yǎng)稱為原代培養(yǎng)。

理論上講各種動物和人體內(nèi)的所有組織都可以用于培養(yǎng)，實際上幼體組織（尤其是胚胎組織）比成年個體的組織容易培養(yǎng)，分化程度低的組織比分化高的容易培養(yǎng)，腫瘤組織比正常組織容易培養(yǎng)。取材后應立即處理，盡快培養(yǎng)，因故不能馬上培養(yǎng)時，可將組織塊切成黃豆般大的小塊，置4℃的培養(yǎng)液中保存。取組織時應嚴格保持無菌，同時也要避免接觸其他的有害物質(zhì)。取病理組織和皮膚及消化道上皮細胞時容易帶菌，為減少污染可用抗菌素處理。

3.培養(yǎng)

將取得的組織細胞接入培養(yǎng)瓶或培養(yǎng)板中的過程稱為培養(yǎng)。如系組織塊培養(yǎng)，則直接將組織塊接入培養(yǎng)器皿底部，幾個小時后組織塊可貼牢在底部，再加入培養(yǎng)基。如系細胞培養(yǎng)，一般應在接入培養(yǎng)器皿之前進行細胞計數(shù)，按要求以一定的量（以每毫升細胞數(shù)表示）接入培養(yǎng)器皿并直接加入培養(yǎng)基。細胞進入培養(yǎng)器皿后，立即放入培養(yǎng)箱中，使細胞盡早進入生長狀態(tài)。

正在培養(yǎng)中的細胞應每隔一定時間觀察一次，觀察的內(nèi)容包括細胞是否生長良好，形態(tài)是否正常，有無污染，培養(yǎng)基的PH是否太酸或太堿（由酚紅指示劑指示），此外對培養(yǎng)溫度和CO2濃度也要定時檢查。

原代培養(yǎng)一般有一段潛伏期（數(shù)小時到數(shù)十天不等），在潛伏期細胞一般不分裂，但可貼壁和游走。過了潛伏期后細胞進入旺盛的分裂生長期。細胞長滿瓶底后要進行傳代培養(yǎng)，將一瓶中的細胞消化懸浮后分至兩到三瓶繼續(xù)培養(yǎng)。每傳代一次稱為”一代”。二倍體細胞一般只能傳幾十代，而轉(zhuǎn)化細胞系或細胞株則可無限地傳代下去。轉(zhuǎn)化細胞可能具有惡性性質(zhì)，也可能僅有不死性（Immortality）而無惡性。

4.凍存及復蘇

為了保存細胞，特別是不易獲得的突變型細胞或細胞株，要將細胞凍存。凍存的溫度一般用液氮的溫度－196℃，將細胞收集至凍存管中加入含保護劑（一般為二甲亞砜或甘油）的培養(yǎng)基，以一定的冷卻速度凍存，最終保存于液氮中。在極低的溫度下，細胞保存的時間幾乎是無限的。復蘇一般采用快融方法，即從液氮中取出凍存管后，立即放入37℃水中，使之在一分鐘內(nèi)迅速融解。然后將細胞轉(zhuǎn)入培養(yǎng)器皿中進行培養(yǎng)。

凍存過程中保護劑的選用、細胞密度、降溫速度及復蘇時溫度、融化速度等都對細胞活力有影響。

常識問題總結

1.如何選用特殊細胞系培養(yǎng)基？

培養(yǎng)某一類型細胞沒有固定的培養(yǎng)條件。在MEM中培養(yǎng)的細胞，很可能在DMEM或M199中同樣很容易生長?？傊走xMEM做粘附細胞培養(yǎng)、RPMI-1640做懸浮細胞培養(yǎng)是一個好的開始，各種目的無血清培養(yǎng)最好首選AIM V（12005）培養(yǎng)基（SFM）。

2.L-谷氨酰胺在細胞培養(yǎng)中重要嗎？它在溶液中不穩(wěn)定嗎？

L-谷氨酰胺在細胞培養(yǎng)時是重要的。脫掉氨基后，L-谷氨酰胺可作為培養(yǎng)細胞的能量來源、參與蛋白質(zhì)的合成和核酸代謝。L-谷氨酰胺在溶液中經(jīng)過一段時間后會降解，但是確切的降解率一直沒有最終定論。L-谷氨酰胺的降解導致氨的形成，而氨對于一些細胞具有毒性。

3.GlutaMAX-I是什么？培養(yǎng)細胞如何利用GlutaMAX-I？這個二肽有多穩(wěn)定？

GlutaMAX-I二肽是一個L-谷氨酰胺的衍生物，其不穩(wěn)定的alpha-氨基用L-丙氨酸來保護。一種肽酶逐漸裂解二肽，釋放L-谷氨酰胺供利用。

GlutaMAX-I二肽非常穩(wěn)定，即使在121磅滅菌20分鐘，GlutaMAX-I 二肽溶液有最小的降解，如果在相同條件下，L-谷氨酰胺幾乎完全降解。

4.什么培養(yǎng)基中可以省去加酚紅？

酚紅在培養(yǎng)基中被用來作為PH值的指示劑：中性時為紅色，酸性時為黃色，堿性時為紫色。研究表明，酚紅可以模擬固醇類激素的作用，（特別是雌激素）。為避免固醇類反應，培養(yǎng)細胞，尤其是哺乳類細胞時，用不加酚紅的培養(yǎng)基。由于酚紅干擾檢測，一些研究人員在做流式細胞檢測時，不使用加有酚紅的培養(yǎng)基。

5.如何用臺盼蘭計數(shù)活細胞？

用無血清培養(yǎng)基把細胞懸液稀釋到200～2000個/毫升，在0.1毫升的細胞懸液中加入0.1毫升的0.4％的臺盼蘭溶液。輕輕混勻，數(shù)分鐘后，用血球計數(shù)板計數(shù)細胞。活細胞排斥臺盼蘭，因而染成藍色的細胞是死細胞。

6.如何消除組織培養(yǎng)的污染？

當重要的培養(yǎng)污染時，研究者可能試圖消除或控制污染。首先，確定污染物是細菌、真菌、支原體或酵母，把污染細胞與其它細胞系隔離開，用實驗室消毒劑消毒培養(yǎng)器皿和超凈臺，檢查HEPA過濾器。

高濃度的抗生素和抗霉菌素可能對一些細胞系有毒性，因而，做劑量反應實驗確定抗生素和抗霉菌素產(chǎn)生毒性的劑量水平。這點在使用抗生素如兩性霉素B和抗霉菌素如泰樂菌素時尤其重要。下面是推薦的確定毒性水平和消除培養(yǎng)污染的實驗步驟。

1. 在無抗生素的培養(yǎng)基中消化、計數(shù)和稀釋細胞，稀釋到常規(guī)細胞傳代的濃度。
2. 分散細胞懸液到多孔培養(yǎng)板中，或幾個小培養(yǎng)瓶中。在一個濃度梯度范圍內(nèi)，把選擇抗生素加入到每一個孔中。例如，兩性霉素B推薦下列濃度，0.25，0.50，1.0，2.0，4.0,8.0 mg/ml。
3. 每天觀測細胞毒性指標，如脫落，出現(xiàn)空泡，匯合度下降和變圓。
4. 確定抗生素毒性水平后，使用低于毒性濃度2～3倍濃度的抗生素的培養(yǎng)液培養(yǎng)細胞2～3代。
5. 在無抗生素的培養(yǎng)基中培養(yǎng)細胞一代。
6. 重復步驟4。
7. 在無抗生素的培養(yǎng)基中培養(yǎng)4～6代，確定污染是否以已被消除

7.培養(yǎng)基中丙酮酸鈉的作用是什么？

丙酮酸鈉可以作為細胞培養(yǎng)中的替代碳源，盡管細胞更傾向于以葡萄糖作為碳源，但是，如果沒有葡萄糖的話，細胞也可以代謝丙酮酸鈉。

8.目錄上說，Hank"s 平衡鹽溶液(HBS)要在空氣中使用，不需要CO2培養(yǎng)箱。原因是什么？Hank"s 平衡鹽溶液(HBS)和Earle"s平衡鹽溶液(EBS)有什么本質(zhì)的功能差別？

HBS和 EBS 的主要差別在于碳酸氫鈉的水平,在Eagles (2.2g/L)中比在Hanks (0.35g/L) 中高。碳酸氫鈉需用高水平的CO2平衡，以維持溶液的PH值。Eagles液在空氣水平的CO2 中，溶液會變堿，Hanks液在CO2培養(yǎng)箱中會變酸。如果希望在CO2培養(yǎng)箱中保存組織，需要用Eagles液，。如果僅僅是清洗將要在細胞培養(yǎng)基中儲存的組織，用Hanks液就可以了。

9.二價離子抑制胰蛋白酶活性嗎？使用胰蛋白酶時加入EDTA的目的是什么？

二價離子的確抑制胰蛋白酶活性。EDTA用來螯合游離的鎂離子和鈣離子，以便保持抑制胰蛋白酶的活性。建議胰蛋白酶處理細胞前，用EDTA清洗細胞，以消除來自培養(yǎng)基中所有的二價離子。

案例：我試用SF900 II時，細胞生長良好，但是我的蛋白產(chǎn)物不如使用Graces 液和10%胎牛血清時效果好。

如果目的蛋白是一個后期蛋白，它將與蛋白酶一起表達，這些蛋白酶將會作用于目的蛋白。在加有血清的培養(yǎng)基中，這些蛋白酶將作用到血清中的蛋白，從而使目的蛋白產(chǎn)品保持完好。在無血清配方中，蛋白酶作用的唯一底物是你的目的蛋白。為了避免這一問題，加入一些蛋白酶抑制劑或加入少量的血清（少于1％），讓血清給蛋白酶提供作用底物。

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