從生物體內(nèi)取出組織或細(xì)胞，在體外(in vitro)模擬體內(nèi)生理環(huán)境，在無菌、適當(dāng)溫度和一定營養(yǎng)條件下，對這些組織或細(xì)胞進(jìn)行孵育培養(yǎng)，使之保持一定的結(jié)構(gòu)和功能，以便于我們觀察研究，這種方法就是細(xì)胞培養(yǎng)（cell culture）。有時細(xì)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(xì)胞培養(yǎng)的工作始于20世紀(jì)初目前廣泛應(yīng)用于生物學(xué)、醫(yī)學(xué)的各個領(lǐng)域，并且是各種細(xì)胞工程技術(shù)的基礎(chǔ)。哈里森（ Harrison，1907），因此被稱為”組織培養(yǎng)之父”

培養(yǎng)細(xì)胞的類型及其特點

體外培養(yǎng)細(xì)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(xì)胞均為貼附型，它們必須貼附在支持物表面生長，這類細(xì)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(xì)胞樣。

正常貼附型細(xì)胞的特點：

①接觸抑制：正常貼附型細(xì)胞具有接觸抑制的特性，細(xì)胞相互接觸后可抑制細(xì)胞的運動，因此細(xì)胞不會相互重疊于其上面生長。
②密度抑制：細(xì)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(dāng)細(xì)胞數(shù)量達(dá)到一定密度后，由于營養(yǎng)的枯竭和代謝物的影響，細(xì)胞分裂停止，稱為密度抑制。

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

2.懸浮型：

①少數(shù)細(xì)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(xì)胞，尤其是血液白細(xì)胞，以及一些腫瘤細(xì)胞。
②細(xì)胞懸浮生長時可以呈單個細(xì)胞或細(xì)小的細(xì)胞團(tuán)，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(xì)胞培養(yǎng)步驟

在進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)時，我們常用的儀器設(shè)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(jī)，無菌過濾器，洗刷裝置，細(xì)胞計數(shù)板和電子細(xì)胞技術(shù)儀等等。

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

1.準(zhǔn)備工作

準(zhǔn)備工作對開展細(xì)胞培養(yǎng)異常重要，工作量也較大，應(yīng)給予足夠的重視，推備工作中某一環(huán)節(jié)的疏忽可導(dǎo)致實驗失敗或無法進(jìn)行。準(zhǔn)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(jī)體取出某種組織細(xì)胞（視實驗?zāi)康亩ǎ?，?jīng)過一定的處理（如消化分散細(xì)胞、分離等）后接入培養(yǎng)器血中，這一過程稱為取材。如是細(xì)胞株的擴(kuò)大培養(yǎng)則無取材這一過程。機(jī)體取出的組織細(xì)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(yīng)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(yīng)嚴(yán)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(xì)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(xì)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(xì)胞培養(yǎng)，一般應(yīng)在接入培養(yǎng)器皿之前進(jìn)行細(xì)胞計數(shù)，按要求以一定的量（以每毫升細(xì)胞數(shù)表示）接入培養(yǎng)器皿并直接加入培養(yǎng)基。細(xì)胞進(jìn)入培養(yǎng)器皿后，立即放入培養(yǎng)箱中，使細(xì)胞盡早進(jìn)入生長狀態(tài)。

正在培養(yǎng)中的細(xì)胞應(yīng)每隔一定時間觀察一次，觀察的內(nèi)容包括細(xì)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(xì)胞一般不分裂，但可貼壁和游走。過了潛伏期后細(xì)胞進(jìn)入旺盛的分裂生長期。細(xì)胞長滿瓶底后要進(jìn)行傳代培養(yǎng)，將一瓶中的細(xì)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(xì)胞一般只能傳幾十代，而轉(zhuǎn)化細(xì)胞系或細(xì)胞株則可無限地傳代下去。轉(zhuǎn)化細(xì)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(fù)蘇

為了保存細(xì)胞，特別是不易獲得的突變型細(xì)胞或細(xì)胞株，要將細(xì)胞凍存。凍存的溫度一般用液氮的溫度－196℃，將細(xì)胞收集至凍存管中加入含保護(hù)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(xì)胞保存的時間幾乎是無限的。復(fù)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(xì)胞轉(zhuǎn)入培養(yǎng)器皿中進(jìn)行培養(yǎng)。

凍存過程中保護(hù)劑的選用、細(xì)胞密度、降溫速度及復(fù)蘇時溫度、融化速度等都對細(xì)胞活力有影響。

常識問題總結(jié)

1.如何選用特殊細(xì)胞系培養(yǎng)基？

培養(yǎng)某一類型細(xì)胞沒有固定的培養(yǎng)條件。在MEM中培養(yǎng)的細(xì)胞，很可能在DMEM或M199中同樣很容易生長?？傊?，首選MEM做粘附細(xì)胞培養(yǎng)、RPMI-1640做懸浮細(xì)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(xì)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(xì)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(xì)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(dǎo)致氨的形成，而氨對于一些細(xì)胞具有毒性。

3.GlutaMAX-I是什么？培養(yǎng)細(xì)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(hù)。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(yīng)，培養(yǎng)細(xì)胞，尤其是哺乳類細(xì)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(xì)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(xì)胞？

用無血清培養(yǎng)基把細(xì)胞懸液稀釋到200～2000個/毫升，在0.1毫升的細(xì)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(xì)胞?；罴?xì)胞排斥臺盼蘭，因而染成藍(lán)色的細(xì)胞是死細(xì)胞。

6.如何消除組織培養(yǎng)的污染？

當(dāng)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(xì)菌、真菌、支原體或酵母，把污染細(xì)胞與其它細(xì)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(xì)胞系有毒性，因而，做劑量反應(yīng)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(xì)胞，稀釋到常規(guī)細(xì)胞傳代的濃度。
2. 分散細(xì)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(xì)胞毒性指標(biāo)，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(xì)胞2～3代。
5. 在無抗生素的培養(yǎng)基中培養(yǎng)細(xì)胞一代。
6. 重復(fù)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(xì)胞培養(yǎng)中的替代碳源，盡管細(xì)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(xì)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(xì)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(xì)胞前，用EDTA清洗細(xì)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(xì)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(dá)，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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