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细胞培养细胞培养技术也叫细胞克隆技术,在生物学中的正规名词为细胞培养技术。不论对于整个生物工程技术,还是其中之一的生物克隆技术来说,细胞培养都是一个必不可少的过程,细胞培养本身就是细胞的大规模克隆。细胞培养,既包括微生物细胞的培养,细胞培养技术可以由一个细胞经过大量培养成为简单的单细胞或极少分化的多细胞,这是克隆技术必不可少的环节,而且细胞培养本身就是细胞的克隆。通过细胞培养得到大量的细胞或其代谢产物。因为生物产品都是从细胞得来,所以可以说细胞培养技术是生物技术中最核心、最基础的技术。

基本概述

细胞的生长需要营养环境,用于维持细胞生长的营养基质称为培养基。培养基按其物理状态可分为液体培养基固体培养基液体培养基用于大规模的工业生产以及生理代谢等基本理论的研究工作。液体培养基中加入一定的凝固剂(如琼脂)或固体培养物(如麸皮、大米等)便成为固体培养基。固体培养基为细胞的生长提供了一个营养及通气的表面,在这样一个营养表面上生产的细胞可形成单个菌落。因此,固体培养基在细胞的分离、鉴定、计数等方面起着相当重要的作用。从多细胞生物中分离所需要细胞和扩增获得的细胞以及对细胞进行体外改造,观察,必须解决细胞离体培养问题,同微生物细胞培养的难易相比,比较困难的是来自多细胞生物的单细胞培养,特别是动物细胞的培养。细胞培养泛指所有体外培养,其含义是指从动物活体体内取出组织,于模拟体内生理环境等特定的体内条件下,进行孵育培养,使之生存并生长。细胞培养工作现已广泛应用于生物学、医学、新药研发等各个领域,成为最重要的基础科学之一。

设施器材

设施:超净台、恒温培养箱、倒置显微镜、液氮储存罐、电热鼓风干燥箱、冰柜、电子天平、恒温水浴槽、离心机、压力蒸汽消毒器。
器材
一、玻璃器材
无菌室

无菌室

培养皿、滴流瓶、刻读吸管、离心管、培养瓶、烧杯量筒、三角烧瓶
二、塑料器材
多孔培养板、培养皿、培养瓶
三、橡皮器材
橡皮制品(最好是硅制品)做各种瓶或试管的塞子、盖子。
四、金属器材
剪刀、镊子、手术刀、解剖刀、血管钳、组织镊、眼科镊及各种型号针头
五、其他物品
纱布、注射器和针头

培养基

几种常用细胞培养基产品
⒈ BME(basal medium eagle)基础伊格培养基
⒉ MEM
⒊ DMEM
⒋ IMDM
⒌ RPMI-1640
⒍ M199
⒎ Mccoy's 5A
⒏ F10\ F12 \DMEM混合F12(三)几种常用细胞培养配套试剂的配置(缓冲液、平衡盐溶液等)
1、无钙、镁、离子溶液(1000ml)
氯化钠(NaCl)8g磷酸二氢钠、(NaH2PO4H20)0.05g、氯化钾(KCl)0.2g、碳酸氢钠(NaHCO3)1g、柠檬酸三钠(Na3C6H5O7,H20)1g、葡萄糖1g、加去离子水或双蒸水至1000mL
2、PBS(Phosphate-Buffered saline)磷酸盐缓冲液
甲液:0.2mol/L磷酸氢二钠溶液、磷酸氢二钠(无水)28.4g、氯化钠8.77g加去离子水或双蒸水至1000mL
乙液:0.2mol/L磷酸二氢钠溶液、磷酸二氢钠(无水)2.4g、氯化钠8.77g加去离子水或双蒸水至1000mL
甲、乙液于4℃保存,使用时按表3-2所示比例,配制成所需pH浓度,高压灭菌后室温保存。
3、Hanks液(HBSSHank‘s Balanced salt solution)
⑴母液甲(20x)配法
①NaCl(A.R)160g、KCl(A.R)8g、MgSO4.7H2O(A.R)2g、MgCl.6H2O(A.R)2g依次溶于800mL双蒸水中,前一物质溶后再加后一种。
②CaCl2(A.R)2.8g溶于100mL双蒸水中,溶时不断搅拌(此液应单配,单溶)。
待上述两溶液中的“溶质”全溶后,将它们混合,再用双蒸水补至1000mL,向其中加2mL氯仿作为防腐剂,置4℃保存。
⑵母液乙(20×)配法
①Na2HPO4.12H2O(A.R)3.04g、KH2PO4(A.R)1.20g、葡萄糖(A.R)20.0g溶于800ml双蒸水中。
②0.4%酚红液0.4g酚红放在玻璃研钵后加0.01N、NaOH11.28mL,直到全部溶解,移入100mL容量瓶中,加水至100mL,过滤,pH为7.4,4℃保存。
待上述各“溶质”完全溶解后,用双蒸水补至1000mL,其中加氯仿2mL作防腐剂,置40℃保存。
3)使用液(1×)配法
取母液甲和母液乙各一份,加双蒸水18份,分装后,塞好瓶塞,挂上标志。以115℃高压灭菌25分钟(以免葡萄糖破坏),置室温后4℃保存,可使用几个月。临用前,用7.5%NaHCO3调至所需pH。
4、Eagle's液(EBSSEagle's Balanced salt solution)
是一种在二氧化碳(CO2)环境中短期维持细胞活性的平衡盐溶液,可用于细胞解离前的清洗、细胞或组织的运输、细胞计数时稀释、溶液的配置等。
5、HEPES
生物缓冲液,化学性质稳定,在PH7.2~7.6范围内,比NaHCO3缓冲液的缓冲能力更强。
6、NaHCO3缓冲液
常规缓冲体系的一部分,但是不稳定,易受空气中CO2的含量而改变PH值,影响缓冲效果。

具体步骤

一、复苏
1.把冻存管从液氮中取出来,立即投入37℃水浴锅中,轻微摇动。液体都融化后(大概1-1.5分钟),拿出来喷点酒精放到超净工作台里。
2.把上述细胞悬液吸到装10ml培养基的15ml的离心管中(用培养基把冻存管洗一遍,把粘在壁上的细胞都洗下来),1000转离心5分钟。
3.把上清液倒掉,加1ml培养基把细胞悬浮起来。吸到装有10ml培养基的10cm培养皿中前后左右轻轻摇动,使培养皿中的细胞均匀分布。
4.标好细胞种类和日期、培养人名字等,放到37℃的5%CO 2培养箱中培养,细胞贴壁后换培养基。
5.根据细胞增长速度2-3天换一次培养基。
二、传代
1.培养皿中的细胞覆盖率达到80%-90%时要传代。
2.把原有培养基吸掉。
3.加适当的胰蛋白酶(能覆盖细胞就行),消化1-2分钟。
4.细胞都变圆后加入等体积的含血清的培养基终止消化。
5.用移液枪吹打细胞,让细胞悬浮起来。
6.把细胞吸到10ml或15ml的离心管中,1000转离心5分钟。
7.倒掉上清液,加1-2ml培养基,把细胞都吹起来。
8.根据细胞种类把细胞传到几个培养皿中。一般,癌细胞分5个,正常细胞传3个。继续培养。
三、冻存
把细胞消化下来并离心(同上)。用配好的冻存液把细胞悬浮起来,分装到灭菌的冻存管中,静止几分钟,写明细胞种类,冻存日期。4℃30min,-20℃30min,-80℃过夜,然后放到液氮灌中保存。
冻存液的配制:70%的完全培养基+20%FBS+10%DMSO.DMSO要慢慢滴加,边滴边摇。

一般过程

一、准备工作
准备工作对开展细胞培养异常重要,工作量也较大,应给予足够的重视,准备工作中某一环节的疏忽可导致实验失败或无法进行。准备工作的内容包括器皿的清洗、干燥与消毒,培养基与其他试剂的配制、分装及灭菌,无菌室或超净台的清洁与消毒,培养箱及其他仪器的检查与调试,具体内容可参阅有关文献。
二、取材
在无菌环境下从机体取出某种组织细胞(视实验目的而定),经过一定的处理(如消化分散细胞、分离等)后接入培养器皿中,这一过程称为取材。如是细胞株的扩大培养则无取材这一过程。机体取出的组织细胞的首次培养称为原代培养。理论上讲各种动物和人体内的所有组织都可以用于培养,实际上幼体组织(尤其是胚胎组织)比成年个体的组织容易培养,分化程度低的组织比分化高的容易培养,肿瘤组织比正常组织容易培养。取材后应立即处理,尽快培养,因故不能马上培养时,可将组织块切成黄豆般大的小块,置4℃的培养液中保存。取组织时应严格保持无菌,同时也要避免接触其他的有害物质。取病理组织和皮肤及消化道上皮细胞时容易带菌,为减少污染可用抗菌素处理。由组织并分离分散细胞的方法可参阅有关文献。
三、培养
将取得的组织细胞接入培养瓶或培养板中的过程称为培养。如系组织块培养,则直接将组织块接入培养器皿底部,几个小时后组织块可贴牢在底部,再加入培养基。如系细胞培养,一般应在接入培养器皿之前进行细胞计数,按要求以一定的量(以每毫升细胞数表示)接入培养器皿并直接加入培养基。细胞进入培养器皿后,立即放入培养箱中,使细胞尽早进入生长状态。正在培养中的细胞应每隔一定时间观察一次,观察的内容包括细胞是否生长良好,形态是否正常,有无污染,培养基的PH是否太酸或太碱(由酚红指示剂指示),此外对培养温度和CO2浓度也要定时检查。一般原代培养进入培养后有一段潜伏期(数小时到数十天不等),在潜伏期细胞一般不分裂,但可贴壁和游走。过了潜伏期后细胞进入旺盛的分裂生长期。细胞长满瓶底后要进行传代培养,将一瓶中的细胞消化悬浮后分至两到三瓶继续培养。每传代一次称为“一代”。二倍体细胞一般只能传几十代,而转化细胞系或细胞株则可无限地传代下去。转化细胞可能具有恶性性质,也可能仅有不死性(Immortality)而无恶性。培养正在生长中的细胞是进行各种生物医学实验的良好材料。
四、冻存及复苏
为了保存细胞,特别是不易获得的突变型细胞或细胞株,要将细胞冻存。冻存的温度一般用液氮的温度—-196℃,将细胞收集至冻存管中加入含保护剂(一般为二甲亚砜或甘油)的培养基,以一定的冷却速度冻存,最终保存于液氮中。在极低的温度下,细胞保存的时间几乎是无限的。复苏一般采用快融方法,即从液氮中取出冻存管后,立即放入37℃水中,使之在一分钟内迅速融解。然后将细胞转入培养器皿中进行培养。冻存过程中保护剂的选用、细胞密度、降温速度及复苏时温度、融化速度等都对细胞活力有影响。

一般条件

简言之,即细胞需要什么就提供什么,道理是如此,真正能做到这点尚需时日,人们至今对细胞的生命周期控制机理认识不足,癌细胞虽然也来自正常细胞,但至今不知道究竟为什么癌细胞很难停止已经启动的有害分裂,尽管如此,人们长期的研究结果表明,离体细胞培养需要的基本条件就是下列细胞生理条件。

⑴温度

温度过低时细胞生长缓慢甚至不生长。利用冷冻保藏细胞可保持细胞的原有分裂分化能力。温度过高导致细胞死亡。这主要是由酶和蛋白质所需要的最适温度决定的。多数生物大分子遇到高温后容易导致空间结构改变或者丧失(变性)。细胞膜遇到高温后容易变态。在自然界,既有耐高温的
恒温培养箱

恒温培养箱

细胞,也有耐低温的细胞。在极端情况下生长的生物对付极端环境的机制研究在生物进化和农业、环保、发酵工业中意义重大。

⑵pH

过酸或过碱可导致细胞死亡。这主要与蛋白质的变性和细胞膜的结构受损有关。

⑶渗透压

细胞内外可溶于水的物质比例和种类决定细胞的膨胀与收缩程度,因为细胞膜是半透膜,只允许对自己有利的物质通过。同一物质在细胞内外的分布的数量不同,当某一种极溶于水的物质在细胞外浓度过大时,有可能导致细胞干瘪死亡,这些物质在细胞内过多时导致细胞过量吸水膨胀。细胞膜调节渗透压的能力是有限的。

⑷营养物

营养物和水一起,又叫细胞培养液,培养液中含有细胞增殖和生长所需要的各种物质。营养物包括:N 源、C源,这些物质与提供能量有关;无机盐、维生素、激素,这些物质与代谢调节控制有关。细胞培养液的设计一直是细胞离体培养技术的关键。理想的细胞培养液可以同时解决细胞离体培养所需要的pH、渗透压、营养物、调节物质的全部需要。在干细胞分化研究与应用中,关键是找到一种使干细胞分化成为所需细胞和组织的营养液。相同的人干细胞,放在不同的营养液中分化培养出人的各种脏器,这个昔日的梦想已经开始成为现实。植物细胞组织培养技术已经基本完善配套。名贵花卉、中草药、脱毒马铃薯、组织培养莲菜苗等植物细胞与组织培养技术的不断完善,特别是由于组织培养液的商品化已经被广大农民普遍接受。

⑸水

水是细胞需要数量最大的物质,不同的物种、不同部位、不同生长期的细胞含水量差别相当大。干旱植物细胞的含水量高达90%。水的需求量一般随同细胞培养液一起考虑。

⑹无菌条件

体外细胞培养仅仅是对所需的细胞进行培养,但环境中(如空气)有各种其他微生物,必须对所需细胞进行无杂菌的隔离培养。无菌条件是细胞离体培养最基本的条件。

⑺光

植物细胞和少数细菌需要利用光进行光合作用

⑻气体

动物细胞需要不断供给氧气和排除二氧化碳,植物细胞与此相反。
二氧化碳的作用:调节pH,有缓冲作用,没有刺激动物细胞呼吸的功能

培养条件

动物细胞培养

在所有的细胞离体培养中,最困难的是动物细胞培养。下面是它所需要的特殊条件。
血清:动物细胞离体培养常常需要血清。最常用的是小牛血清。血清提供生长必需因子,如激素、微量元素、矿物质和脂肪。有一天人们真正学会了配制和血清一样的培养液,那时血清才可被取代。在这里,血清等于是动物细胞离体培养的天然营养液。
⑵支持物:大多数动物细胞有贴壁生长的习惯。离体培养常用玻璃,
高速冷冻离心机

高速冷冻离心机

塑料等作为支持物。
⑶气体交换:二氧化碳和氧气的比例要在细胞培养过程中不断进行调节,不断维持所需要的气体条件,每一次开箱操作后的快速恢复对设备的要求可想而知有多难?由此决定了动物细胞离体培养设备要求高、投资大。

植物细胞培养

⑴光照:离体培养的植物细胞对光照条件不甚严格,因为细胞生长所需要的物质主要是靠培养基供给的。但光照不但与光合作用有关,而且与细胞分化有关,例如光周期可对性细胞分化和开花调控作用,所以以获得植株为目的的早期植物细胞培养过程中,光照条件特别重要。以植物细胞离体培养方式获得重要物质,如药物的过程,植物细胞大多是在反应器悬浮培养
⑵激素:植物细胞的分裂和生长特别需要植物激素的调节,促进生长的生长素和促进细胞分裂的分裂素是最基本的激素。植物细胞的分裂,生长,分化和个体生长周期都有相应的激素参与调节。和动物细胞相比,植物细胞离体培养对激素要求的原理已经了解,其应用技术也已相当成熟,已经有一套广泛作为商品使用的培养液。同时解决了植物细胞对水、营养物、激素、渗透压酸碱度、微量元素等的需求。

微生物细胞培养

微生物多为单细胞生物,野生生存条件比较简单。所以微生物人工培养的条件比动植物细胞简单得多。其中厌氧微生物培养比好氧微生物复杂,因为严格厌氧需要维持二氧化碳等非氧的惰性气体浓度,而好氧微生物则只需要通过不断搅拌提供无菌氧气。微生物对培养条件要求不如动植物细胞那样苛刻,玉米浆蛋白胨、麦芽汁、酵母膏等成为良好的微生物天然培养基。对于一些特殊微生物的营养条件要求,可以在这些天然培养基的基础上额外添加。

注意事项

1、实验进行前,无菌室及无菌操作台(laminarflow)以紫外灯照射30-60分钟灭菌,以70%乙醇擦拭无菌操作台面,并开启无菌操作台风扇运转10分钟后,才开始实验操作。每次操作只处理一株细胞株,且即使培养基相同亦不共享培养基,以避免失误混淆或细胞间污染。实验完毕后,将实验物品带出工作台,以70%ethanol擦拭无菌操作台面。操作间隔应让无菌操作台运转10分钟以上后,再进行下一个细胞株的操作。
2、无菌操作工作区域应保持清洁及宽敞,必要物品,例如试管架、吸管吸取器或吸管盒等可以暂时放置,其它实验用品用完即应移出,以利于气流之流通。实验用品以70%ethanol擦拭后才带入无菌操作台内。实验操作应在抬面之中央无菌区域,勿在边缘之非无菌区域操作。
3、小心取用无菌之实验物品,避免造成污染。勿碰触吸管尖头部或是容器瓶口,亦不要在打开的容器正上方操作实验。容器打开后,以手夹住瓶盖并握住瓶身,倾斜约45°角取用,尽量勿将瓶盖盖口朝上放置桌面。
4、工作人员应注意自身之安全,须穿戴实验衣及手套后才进行实验。对于来自人类或是病毒感染之细胞株应特别小心操作,并选择适当等级之无菌操作台(至少ClassⅡ)。操作过程中,应避免引起aerosol之产生,小心毒性药品,例如DMSO及TPA等,并避免尖锐针头之伤害等。
5、定期检测下列项目:5.1CO2钢瓶之CO2压力5.2CO2培养箱之CO2浓度、温度、及水盘是否有污染(水盘的水用无菌水,每周更换)。5.3.无菌操作台内之airflow压力,定期更换紫外线灯管及HEPA过滤膜,预滤网(300小时/预滤网,3000小时/HEPA)。6.水槽可添加消毒剂(Zephrin1:750),定期更换水槽的水
6、粉末培养基配制好后(加了血清),一般在4度尽量不要超过1个月,如在-20度存放时间可长一些,但最好也不要超过3-4个月,可能对于永生化细胞株来说要求不是太高,细胞娇弱,放置时间不宜过长。
7、开紫外线照射台的时候,就将培养基、酶、DHANKS液那到室外让它自然升温。这样40分钟后,温度也升上来了。有很多人将其放到37度水浴锅里加热。一定要注意水浴锅的卫生,有的常年不清洗,里面很脏,容易在外面瓶身上吸附大量细菌。因此用时也一定要勤换水。从水浴锅拿出后,最好找个毛巾擦干上面的水。

意义

⒈可以进行植物体外受精及 植物胚胎发育过程研究。
⒉可以进行植物生长发育有关的重要基因或影响因素的研究。
⒊可以方便地通过实验手段培育植物新品种。

方式

群体培养

大量细胞置于同一培养瓶中进行贴壁或悬浮培养。

克隆培养

挑选单个细胞或单一集落(克隆)于体外进行培养。常用于细胞克隆化(纯化),建立细胞株,长期传代

优点

1、能长期传代,保持活性,便于监控检测结构功能和生命活动。
2、培养条件可以人为的控制便于研究细胞代谢、物理、化学、生物因素的影响
3、可用于各种观察和检测手段研究活细胞的变化(变异、分化)。可从细胞水平开展亚细胞结构代谢分子的表达。
4、研究范围和细胞来源广泛,选择性广。
5、不同代次细胞可长期保存,既可开展同代次不同条件和方法研究,又可观察不同代次的动态变化。
6、耗资少、经济、成本低、可大量培养,利于生物制品的生产。

不足

细胞或组织生长在人工环境中,与体内环境存在差异,细胞或组织的形态或功能会发生不同程度的改变。
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- 来自原声例句
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