高中生物核心知识：动物细胞培养技巧

动物细胞培养：是指从动物体中取出相关的组织，将它分散成单个细胞，然后在适宜的培养条件下，让这些细胞生长和增殖的技术。

一、动物细胞培养的条件

1.营养条件：合成培养基+血清。

（1）合成培养基：将细胞所需的营养物质按种类和所需量严格配制而成的培养基。与细胞外液的营养物质基本相同的合成培养基，含有糖类、氨基酸、无机盐、维生素等。

提醒:培养动物细胞一般使用液体培养基，也称为培养液。植物组织培养一般使用固体培养基。

（2）血清：含细胞所需而人们尚未完全研究清楚的营养物质。

2.无菌、无毒的环境

（1）无菌：培养液和所有培养用具进行灭菌处理以及在无菌环境下操作；添加适量的抗生素。

（2）无毒：定期更换培养液，以便清除代谢物，防止细胞代谢物积累对细胞自身造成危害。

3.适宜的温度、pH和渗透压

（1）温度：哺乳动物细胞培养的温度多以36.5±0.5 ℃。

（2）pH：多数动物细胞生存的适宜pH为7.2～7.4。二氧化碳的含量会影响培养液的pH。

（3）渗透压：过高或过低影响动物细胞的代谢活动，甚至造成细胞死亡。

提醒:在细胞培养过程中，细胞代谢产物的积累、pH的调节、培养液的补充等，都会影响培养液的渗透压。加入渗透压保护剂，如甘氨酸、甜菜碱、脯氨酸和苏氨酸等，缓解培养液中渗透压改变对细胞生长的影响。

4.适宜的气体环境

（1）O2：细胞代谢所必需。

（2）CO2：维持培养液的pH。

提醒:在进行细胞培养时，通常采用培养皿或松盖培养瓶，并将它们置于含有95%空气加5%CO2的混合气体的CO2培养箱中进行培养。95%的空气可以保证细胞呼吸对氧气的需要，恒定5%的CO2与培养基中的NaHCO3处于平衡状态，调节pH的相对稳定。

二、动物细胞培养的过程

1.原理：细胞增殖。

2.目的：获得细胞或细胞产物。

3.过程

温馨提示

①进行动物细胞培养时，一般选择动物的胚胎或幼龄动物的组织、器官。一般来说，分化程度越低的细胞，增殖能力越强，更容易培养，因此，幼龄动物的细胞比老龄动物的细胞易于培养。

②成块的组织需要分散成单个细胞的原因：细胞与细胞靠在一起，彼此限制了生长与增殖；有利于细胞对营养物质的吸收和代谢物的排出。

③使细胞分散开来，使用胰蛋白酶或胶原蛋白酶，而不使用胃蛋白酶的原因是：多数动物细胞培养的适宜pH为7.2～7.4，而胃蛋白酶的适宜pH约为2，当pH大于6时，胃蛋白酶就会失去活性。

④胰蛋白酶处理消化处理时，处理的时间和加酶量要适宜，否则会导致细胞的其他蛋白质分解，从而对细胞造成损伤。

⑤细胞贴壁：细胞往往贴附在培养瓶的瓶壁上生长增殖的现象；培养瓶的表面要光滑、无毒，易于贴附。

⑥接触抑制：当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时（1层细胞），细胞通常会停止分裂增殖的现象。若要细胞继续增殖，就需要进行分瓶培养。正常细胞存在接触抑制现象，但癌细胞无接触抑制现象，可以形成多层细胞。(www.xing528.com)

⑦原代培养：通常将分瓶之前的细胞培养，即动物组织经处理后的初代培养称为原代培养。

⑧传代培养：将分瓶后的细胞培养称为传代培养。

⑨分瓶前细胞的收集：悬浮培养的细胞直接用离心法收集；贴壁细胞需要重新用胰蛋白酶处理，使之分散成单个细胞后，再用离心法收集。

⑩两次胰蛋白酶处理的目的：第一次处理的目的使组织细胞分散开；第二次传代培养时处理的目的是使细胞从瓶壁上脱离下来，重新分散稀释成细胞悬液，便于分瓶后继续培养。

⑪通常使用的或冷冻保存的细胞是：10代以内的细胞，以保持细胞正常的二倍体核型，无遗传物质的改变。一般情况下，传代培养10～50次后，细胞增殖速度便会逐渐减缓，甚至完全停止，有些细胞可能还会发生癌变。

三、干细胞培养及其应用

1.干细胞的概念：动物和人体内，具有分裂和分化能力的细胞。

2.存在部位：早期胚胎、骨髓和脐带血等组织和器官中。

3.分类

（1）胚胎干细胞（embryonic stem cell，ES细胞）：

①存在部位：早期胚胎中。

②特点：具有分化为成年动物体内的任何一种类型的细胞，并进一步形成机体的所有组织和器官甚至个体的潜能，具有全能性。如ES细胞可以在体外分化成心肌细胞、神经元和造血干细胞等细胞。

③局限性：胚胎干细胞必须从胚胎中获取，这涉及伦理问题，因而限制了它在医学上的应用。

（2）成体干细胞：

①概念：成体组织或器官内的干细胞。

②类型：骨髓中的造血干细胞、神经系统中的神经干细胞、睾丸中的精原干细胞等。

③特点：具有组织特异性，只能分化成特定的细胞或组织，不具有发育成完整个体的能力。

④应用实例：

a.造血干细胞：治疗白血病、恶性肿瘤放疗或化疗后引起的造血系统、免疫系统功能障碍等疾病。

b.神经干细胞：治疗神经组织损伤和神经系统退行性疾病（如帕金森病、阿尔茨海默病等）。

4.诱导多能干细胞（induced pluripotent stem cell，iPS细胞）

（1）概念：像成纤维细胞等通过体外诱导，获得类似胚胎干细胞的一种细胞。

iPS细胞用于治疗人类疾病示意图

提醒:科学家已尝试采用多种方法来制备iPS细胞，包括借助载体将特定基因导入细胞中、直接将特定蛋白导入细胞中或者用小分子化合物等来诱导形成iPS细胞。

（2）应用：治疗小鼠的镰状细胞贫血；治疗阿尔茨海默病、心血管疾病等领域的研究取得了新进展。

（3）优点：无须破坏胚胎，不会产生伦理问题；iPS细胞可以来源于病人自身的体细胞，将它移植回病人体内后，理论上可以避免免疫排斥反应，iPS细胞的应用前景优于胚胎干细胞。

提醒:iPS具有分裂活性，用它进行治疗时可能存在分化成肿瘤细胞的风险。