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動物細胞與組織培養

動物細胞培養(animal cell culture)就是從動物機體中取出相關的組織,將它分散成單個細胞(使用胰蛋白酶或膠原蛋白酶)然後,放在適宜的培養基中,讓這些細胞生長和增殖。

細胞培養是指細胞在體外條件下的生長,動物細胞在單獨細胞培養的過程中不再形成個體。

分類

原代細胞培養,傳代細胞培養

目錄

歷史發展

培養液成分

培養液特點

培養條件

基本過程

分類

區別

技術應用

歷史發展

1907年,哈里森(Harrison)在無菌條件下用淋巴液作培養基,培養蛙胚神經組織存活數周,並觀察到神經細胞突起的生長過程,由此創建了蓋片覆蓋凹窩玻璃懸滴培養法,奠定了動物組織體外培養的基礎。之後,又有人將懸滴培養法改良為雙蓋片培養,提高了傳代效率並減少了污染;1923年,卡雷爾(Carrel)設計了卡氏瓶培養法,擴大了組織生存空間。

1951年, 厄爾 (Earle) 發明了體外培養動物細胞的人工合成培養基。1951年,波米拉(Pomerat)設計了灌流小室,使細胞生活在不斷更新的培養液中,便於作顯微攝影和細胞代謝的研究。1957年,格拉夫(Graff)用灌流技術進一步提高了細胞懸浮培養的效率。1957年,杜爾貝科(Dulbecco)等人採用胰蛋白酶消化處理和應用液體培養基的方法,獲得了單層細胞培養。單層培養法的出現,對組織培養的發展起了很大的推動作用。此後單層培養成為組織培養普遍應用的技術。20世紀60年代後,動物細胞大規模培養技術開始起步,並逐步發展。20世紀80年代後,隨着基因工程和其他細胞工程技術的發展,細胞培養技術已成為轉基因技術、生物製藥及其他許多技術的基礎,在現代生物技術中發揮着重要的作用。

培養液成分

體外細胞培養所需營養物質與體內基本相同,例如,需要糖、氨基酸、無機鹽、促生長因子、微量元素等。將細胞所需的上述物質按其種類和所需數量嚴格配製而成的培養基,稱為合成培養基。由於動物細胞生活的內環境還有一些成分尚未研究清楚,所以需要加入動物血清以提供一個類似生物體內的環境,因此在使用合成培養基時,通常需加入血清、血漿等一些天然成分。

培養液特點

液體培養基、通常含動物血清。

培養條件

無菌、無毒的環境:對培養液和所有培養用具進行無菌處理,通常還要在培養液中加入一定量的的抗生素,以防被污染。此外應定期更換培養液,以便清除代謝產物防止細胞代謝產物累積對細胞自身產生危害。

營養物質:無機物(無機鹽、微量元素等),有機物(糖、氨基酸、促生長因子等)

血清和血漿 (提供細胞生長必須的營養成份)

溫度和pH(36.5±0.5℃,7.2~7.4)

氣體環境(95%的空氣+5%CO₂的混合氣體)

其中5%CO₂氣體是為保持培養液的pH穩定

基本過程

取動物胚胎或幼齡動物器官、組織。將材料剪碎,並用胰蛋白酶(或用膠原蛋白酶)處理(消化),形成分散的單個細胞,將處理後的細胞移入培養基中配成一定濃度的細胞懸浮液。懸液中分散的細胞很快就貼附在瓶壁上,稱為細胞貼壁。當貼壁細胞分裂生長到互相接觸時,細胞就會停止分裂增殖,出現接觸抑制。此時需要將出現接觸抑制的細胞重新使用胰蛋白酶處理。

再配成一定濃度的細胞懸浮液。另外,原代培養就是從機體取出後立即進行的細胞、組織培養。當細胞從動植物中生長遷移出來,形成生長暈並增大以後,科學家接着進行傳代培養,即將原代培養細胞分成若干份,接種到若干份培養基中,使其繼續生長、增殖。通過一定的選擇或純化方法,從原代培養物或細胞系中獲得的具有特殊性質的細胞稱為細胞株。當培養超過50代時,大多數的細胞已經衰老死亡,但仍有部分細胞發生了遺傳物質的改變出現了無限傳代的特性,即癌變。此時的細胞被稱為細胞系。

培養基添加胰島素可促進細胞對葡萄糖的攝取

分類

1 根據細胞種類:原代細胞培養, 傳代細胞培養

原代細胞:將動物各種組織從機體中取出,經各種酶(常用胰蛋白酶)、螯合劑(常用EDTA) 或機械方法處理,分散成單細胞,在合適的培養基中培養,使細胞得以生存、生長和繁殖,這一過程稱原代培養。培養的細胞為正常的動物細胞,一般培養10代後不再增殖,死亡。

傳代細胞:傳代培養是細胞培養常規保種方法之一,也是所有細胞生物學實驗的基礎。當細胞在培養瓶中長滿後就需要將其稀釋分種成多瓶,細胞才能繼續生長,這一過程就叫傳代。傳代培養可獲得大量供實驗所需細胞。細胞傳代要在嚴格的無菌條件下進行,每一步都需要認真仔細地無菌操作。培養的細胞為癌變或人為癌化的細胞,理論上可以無限增殖。癌化的方式有很多:進行癌基因突變,感染病毒,從癌症供體體內分離,物理或化學方法(如紫外,化學試劑)等。

2 根據培養方式:貼壁細胞培養,半懸浮細胞培養,懸浮細胞培養

區別

培養基不同:植物細胞(固體培養基),動物細胞(液體培養基)。

培養基的成分不同:動物細胞培養必須利用動物血清,植物組織培養則不需要,而需要加入植物生長素。

產物不同:植物組織培養最後一般得到新的植物個體,而動物細胞培養因為動物體細胞一般不能表達其全能性,因此得到的是只含同一種的細胞的一個細胞系(或者叫細胞群)。

原理不同:植物組織培養的原理為植物細胞的全能性,動物細胞培養的原理為細胞的增殖分化。

過程不同:植物組織培養的過程為脫分化和再分化,動物細胞培養的過程為原代培養和傳代培養

技術應用

生物製品的生產(如製備單克隆抗體) 轉基因動物的培養 檢測有毒物質並判斷其強弱 醫學研究(生理 病理 藥理) 器官移植培養[1] 篩選抗癌藥物

參考資料

  1. 動物細胞與組織培養,搜狗, 2015-04-13