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第一章 細(xì)胞培養(yǎng)的基本原理與技術(shù) 現(xiàn)代生物技術(shù)一般認(rèn)為包括基因工程技術(shù)、細(xì)胞工程技術(shù)、酶工程技術(shù)和發(fā)酵工程技術(shù)，而這些技術(shù)的發(fā)展幾乎都與細(xì)胞培養(yǎng)有密切關(guān)系，特別是在醫(yī)藥領(lǐng)域的發(fā)展，細(xì)胞培養(yǎng)更具有特殊的作用和價(jià)值。比如基因工程藥物或疫苗在研究生產(chǎn)過程中很多是通過細(xì)胞培養(yǎng)來實(shí)現(xiàn)的?；蚬こ桃腋我呙绾芏嗍且訡HO細(xì)胞作為載體；細(xì)胞工程中更是離不細(xì)胞培養(yǎng)，雜交瘤單克隆抗體，完全是通過細(xì)胞培養(yǎng)來實(shí)現(xiàn)的，既使是現(xiàn)在飛速發(fā)展的基因工程抗體也離不開細(xì)胞培養(yǎng)。正在倍受重視的基因治療、體細(xì)胞治療也要經(jīng)過細(xì)胞培養(yǎng)過程才能實(shí)現(xiàn)，發(fā)酵工程和酶工程有的也與細(xì)胞培養(yǎng)密切相關(guān)?？傊?xì)胞培養(yǎng)在整個(gè)生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展中起到了很關(guān)鍵的核心作用。 第一節(jié) 體外培養(yǎng)的概念 一、基本概念 體外培養(yǎng)（in vitro culture），就是將活體結(jié)構(gòu)成分或活的個(gè)體從體內(nèi)或其寄生體內(nèi)取出，放在類似于體內(nèi)生存環(huán)境的體外環(huán)境中，讓其生長和發(fā)育的方法。 組織培養(yǎng)：是指從生物體內(nèi)取出活的組織（多指組織塊）在體外進(jìn)行培養(yǎng)的方法。 細(xì)胞培養(yǎng)：是指將活細(xì)胞（尤其是分散的細(xì)胞）在體外進(jìn)行培養(yǎng)的方法。 器官培養(yǎng)：是指從生物體內(nèi)取出的器官（一般是胚胎器官）、器官的一部分或器官原基在體外進(jìn)行培養(yǎng)的方法。 二、體內(nèi)、外細(xì)胞的差異和分化 1、差異：細(xì)胞離體后，失去了神經(jīng)體液的調(diào)節(jié)和細(xì)胞間的相互影響，生活在缺乏動(dòng)態(tài)平衡相對(duì)穩(wěn)定環(huán)境中，日久天長，易發(fā)生如下變化：分化現(xiàn)象減弱；形態(tài)功能趨于單一化或生存一定時(shí)間后衰退死亡；或發(fā)生轉(zhuǎn)化獲得不死性，變成可無限生長的連續(xù)細(xì)胞系或惡性細(xì)胞系。因此，培養(yǎng)中的細(xì)胞可視為一種在特定的條件下的細(xì)胞群體，它們既保持著與體內(nèi)細(xì)胞相同的基本結(jié)構(gòu)和功能，也有一些不同于體內(nèi)細(xì)胞的性狀。實(shí)際上從細(xì)胞一旦被置于體外培養(yǎng)后，這種差異就開始發(fā)生了。 2、分化：體外培養(yǎng)的細(xì)胞分化能力并未完全喪失，只是環(huán)境的改變，細(xì)胞分化的表現(xiàn)和在體內(nèi)不同。細(xì)胞是否表現(xiàn)分化,關(guān)鍵在于是否存在使細(xì)胞分化的條件，如Friend細(xì)胞（小鼠紅白血病細(xì)胞）在一定的因素作用下可以合成血紅蛋白，血管內(nèi)皮細(xì)胞在類似基膜物質(zhì)底物上培養(yǎng)時(shí)能長成血管狀結(jié)構(gòu)，雜交瘤細(xì)胞能產(chǎn)生特異的單克隆抗體，這些均屬于細(xì)胞分化行為。 第二節(jié) 細(xì)胞培養(yǎng)的一般過程 一、準(zhǔn)備工作 準(zhǔn)備工作對(duì)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(shí)驗(yàn)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(tái)的清潔與消毒，培養(yǎng)箱及其他儀器的檢查與調(diào)試。 二、取材 在無菌環(huán)境下從機(jī)體取出某種組織細(xì)胞（視實(shí)驗(yàn)?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(dòng)物和人體內(nèi)的所有組織都可以用于培養(yǎng)，實(shí)際上幼體組織（尤其是胚胎組織）比成年個(gè)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(shí)，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(shí)應(yīng)嚴(yán)格保持無菌，同時(shí)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(shí)容易帶菌，為減少污染可用抗菌素處理。 三、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(gè)小時(shí)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(jì)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(shí)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(duì)培養(yǎng)溫度和CO2濃度也要定時(shí)檢查。 原代培養(yǎng)一般有一段潛伏期（數(shù)小時(shí)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。 四、凍存及復(fù)蘇（可參閱后面有關(guān)章節(jié)）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(shí)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(shí)溫度、融化速度等都對(duì)細(xì)胞活力有影響。 五、常用儀器設(shè)備 無菌室,超凈工作臺(tái),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(jì)數(shù)板和電子細(xì)胞技術(shù)儀等等。 第三節(jié) 細(xì)胞培養(yǎng)的無菌環(huán)境 一、無菌室 無菌室的結(jié)構(gòu)：一般由更衣間、緩沖間、操作間三部分組成。 無菌室的消毒和防污染：為保持無菌狀態(tài)，經(jīng)常消毒是必要的，通常采用每日（使用前）紫外照射（1－2小時(shí)），每周甲醛、乳酸、過氧乙酸熏蒸（2小時(shí)）和每月新潔爾滅擦拭地面和墻壁一次的方式進(jìn)行消毒。實(shí)際工作中，要根據(jù)無菌室建筑材料的差異來選擇合適的消毒方法。 此外，還應(yīng)注意防止無菌室的污染。造成無菌室污染的可能包括：送入無菌室的風(fēng)沒有被過濾除菌；進(jìn)出無菌室時(shí)，能使外界空氣直接對(duì)流進(jìn)無菌室的操作間；等。 二、超凈工作臺(tái) 工作原理：鼓風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)空氣通過高效過濾器得以凈化，凈化的空氣被徐徐吹過臺(tái)面空間而將其中的塵埃、細(xì)菌甚至病毒顆粒帶走，使工作區(qū)構(gòu)成無菌環(huán)境。根據(jù)氣流在超凈工作臺(tái)的流動(dòng)方向不同，可將超凈工作臺(tái)分為側(cè)流式、直流式和外流式三種類型。 超凈臺(tái)的使用與保養(yǎng)：超凈臺(tái)的平均風(fēng)速保持在0.32-0.48米/秒為宜，過大、過小均不利于保持凈化度；使用前最好開啟超凈臺(tái)內(nèi)紫外燈照射10－30分鐘，然后讓超凈臺(tái)預(yù)工作10－15分鐘，以除去臭氧和使用工作臺(tái)面空間呈凈化狀態(tài)；使用完畢后，要用70%酒精將臺(tái)面和臺(tái)內(nèi)四周擦拭干凈，以保證超凈臺(tái)無菌。還要定期用福爾馬林熏蒸超凈臺(tái)。 第四節(jié) 常用培養(yǎng)器皿及清洗消毒 細(xì)胞培養(yǎng)需要大量消耗性物品，如玻璃器皿、金屬器皿、塑料、橡膠制品、布類、紙類等，因此掌握清洗、消毒知識(shí)，學(xué)會(huì)清洗、消毒方法是從事細(xì)胞培養(yǎng)工作必須的。 一、清洗 離體條件下，有害物質(zhì)直接同細(xì)胞接觸，細(xì)胞對(duì)任何有害物質(zhì)十分敏感，極少殘留物都可以對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生毒副作用。因此，新的或重新使用的器皿都必須認(rèn)真清洗，達(dá)到不含任何殘留物的要求。 （一）玻璃器皿的清洗 一般經(jīng)過浸泡、刷洗、浸酸、和清洗四個(gè)步驟。 1、浸泡:新的或用過的玻璃器皿要先用清水浸泡，軟化和溶解附著物。新玻璃器皿使用前得先用自來水簡(jiǎn)單刷洗，然后用5％鹽酸浸泡過夜；用過的玻璃器皿往往附有大量蛋白質(zhì)和油脂，干涸后不易刷洗掉，故用后應(yīng)立即浸入清水中備刷洗。 2、刷洗:將浸泡后的玻璃器皿放到洗滌劑水中，用軟毛刷反復(fù)刷洗。不要留死角，并防止破壞器皿表面的光潔度。將刷洗干凈的玻璃器皿洗凈、晾干，備浸酸。 3、浸酸:浸酸是將上述器皿浸泡到清潔液中，又稱酸液，通過酸液的強(qiáng)氧化作用清除器皿表面的可能殘留物質(zhì)。浸酸不應(yīng)少于六小時(shí)，一般過夜或更長。放取器皿要小心。 4、沖洗:刷洗和浸酸后的器皿都必須用水充分沖洗，浸酸后器皿是否沖洗的干凈，直接影響到細(xì)胞培養(yǎng)的成敗。手工洗滌浸酸后的器皿，每件器皿至少要反復(fù)“注水－倒空”15次以上，最后用重蒸水浸洗2－3次，晾干或烘干后包裝備用。 （二）橡膠制品清洗 新的橡膠制品洗滌方法：0.5mol/L NaOH煮沸15分鐘，流水沖洗，0.5mol/L HCl煮沸15分鐘，流水沖洗，自來水煮沸2次，蒸餾水煮沸20分鐘，50℃烤干備用。 （三）塑料制品的清洗 塑料制品特點(diǎn)：質(zhì)軟、易出現(xiàn)劃痕；耐腐蝕能力強(qiáng)、但不耐熱。 清洗程序：使用器皿后立即用清水清洗，浸于自來水過夜，用紗布或棉簽和50℃清洗液刷洗，流水沖洗，晾干，浸于清潔液15分鐘，流水沖洗（15－20遍）,蒸餾水浸洗三次，雙蒸水泡24小時(shí)，晾干備用。 （四）包裝:對(duì)細(xì)胞培養(yǎng)用品進(jìn)行消毒前，要進(jìn)行嚴(yán)密包裝，以便于消毒和貯存。常用的包裝材料：牛皮紙、硫酸紙、棉布、鋁飯盒、較大培養(yǎng)皿等，近幾年用鋁箔包裝，非常方便，適用。培養(yǎng)皿、注射器、金屬器械等用牛皮紙包裝后再裝入飯盒內(nèi)，較大的器皿可以進(jìn)行局部包扎。 二、消毒和滅菌 微生物污染是造成細(xì)胞培養(yǎng)失敗的主要原因 （一）物理消毒法 1、紫外線消毒:紫外線是一種低能量的電磁輻射，可殺死多種微生物。革蘭陰性菌最為敏感，其次是陽性菌，再次為芽孢，真菌孢子的抵抗力最強(qiáng)。紫外線的直接作用是通過破壞微生物的核酸及蛋白質(zhì)等而使其滅活，間接作用是通過紫外線照射產(chǎn)生的臭氧殺死微生物。直接照射培養(yǎng)室消毒，用法簡(jiǎn)單，效果好。 紫外燈的消毒效果同紫外燈的輻射強(qiáng)度和照射劑量呈正相關(guān)，輻射強(qiáng)度隨燈距離增加而降低，照射劑量和照射時(shí)間呈正比。因此紫外燈同被照射物的距離和照射時(shí)間要適合。離地面2米的30W燈可照射9平方米房間，每天照射2－3小時(shí)，期間可間隔30分鐘。燈管離地面2米以外要延長照射時(shí)間，2.5米照射效果較差。紫外燈照射工作臺(tái)的距離不應(yīng)超過1.5米，照射時(shí)間30分鐘為宜。 紫外燈不僅對(duì)皮膚、眼睛傷害，且對(duì)培養(yǎng)細(xì)胞與試劑等也產(chǎn)生不良影響，因此，不要開著紫外等操作。 2、高溫濕熱滅菌:壓力蒸汽滅菌是最常用的高溫濕熱滅菌方法。對(duì)生物材料有良好的穿透力，能造成蛋白質(zhì)變性凝固而使微生物死亡。布類、物、璃器皿、屬器皿、膠和某些培養(yǎng)液都可以用這方法滅菌。 不同壓力蒸汽所達(dá)到的溫度不同，不同消毒物品所需的有效消毒壓力和時(shí)間不同。從壓力蒸汽消毒器中取出消毒好的物品（不包括液體），應(yīng)立即放到60-70℃烤箱內(nèi)烘干，再貯存?zhèn)溆茫駝t，潮濕的包裝物品表面容易為微生物污染。煮沸消毒也是常用的濕熱消毒方法，它具有條件簡(jiǎn)單、使用方便等特點(diǎn)。 3、高溫干熱消毒：干熱滅菌主要是將電熱烤箱內(nèi)物品加熱到160℃以上，并保持90－120分鐘，殺死細(xì)菌和芽孢，達(dá)到滅菌目的。主要用于滅菌玻璃器皿（如體積較大的燒杯、培養(yǎng)瓶）、金屬器皿以及不能與蒸汽接觸的物品（如粉劑、油劑）。 干熱滅菌后要關(guān)掉開關(guān)并使物品逐漸冷卻后在打開，切忌立即打開，以免溫度驟變而使箱內(nèi)的玻璃器皿破裂。干烤箱內(nèi)物品間要有空隙，物品不要靠近加熱裝置。 燒灼也是滅菌方法之一，常利用臺(tái)面上的酒精燈的火焰對(duì)金屬器皿及玻璃器皿口緣進(jìn)行燒灼消毒。 4、過濾除菌：是將液體或氣體用微孔薄膜過濾，使大于孔徑的細(xì)菌等微生物顆粒阻留，從而達(dá)到除菌目的。在體外培養(yǎng)時(shí)，過濾除菌大多用于遇熱容易變性而失效的試劑或培養(yǎng)液。目前，大多實(shí)驗(yàn)室采用微孔濾膜濾器除菌。關(guān)鍵步驟是安裝濾膜及無菌過濾過程。 （二）化學(xué)消毒：新潔而滅，其0.1％水溶液可對(duì)器械、皮膚、操作表面進(jìn)行擦拭和浸泡消毒。 （三）抗生素消毒：抗生素主要用于消毒培養(yǎng)液，是培養(yǎng)過程中預(yù)防微生物污染的重要手段，也是微生物污染不嚴(yán)重時(shí)的“急救”方法。不同抗生素殺滅微生物不同，應(yīng)根據(jù)需要選擇。 可用于細(xì)胞培養(yǎng)的消毒滅菌方法很多，但每種方法都有一定的適應(yīng)范圍。如常用的過濾除菌系統(tǒng)、紫外照射、電子殺菌燈、乳酸、甲醛熏蒸等手段消毒實(shí)驗(yàn)室空氣；多用新潔而滅消毒實(shí)驗(yàn)室地面；常用干熱、濕熱消毒劑浸泡、紫外照射等方法消毒培養(yǎng)用器皿；采用高壓蒸汽滅菌或過濾除菌方法消毒培養(yǎng)液。
第二章 細(xì)胞培養(yǎng)液 現(xiàn)代生物技術(shù)均通過細(xì)胞作為載體來進(jìn)行，無論是基因治療、干細(xì)胞、克隆技術(shù)都在細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行的。細(xì)胞的生長需要一定的營養(yǎng)環(huán)境，用于維持細(xì)胞生長的營養(yǎng)基質(zhì)稱為培養(yǎng)基，即指所有用于各種目的的體外培養(yǎng)、保存細(xì)胞用的物質(zhì)，就其本意上講為人工模擬體內(nèi)生長的營養(yǎng)環(huán)境，使細(xì)胞在此環(huán)境中有生長和繁殖的能力。它是提供細(xì)胞營養(yǎng)和促進(jìn)細(xì)胞生長增殖的物質(zhì)基礎(chǔ)。細(xì)胞培養(yǎng)基其組成成分主要有：水、氨基酸、維生素、碳水化合物、無機(jī)離子及其他一些入核酸降解物、激素等。 隨著動(dòng)物細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展，作為細(xì)胞培養(yǎng)領(lǐng)域中最基本的原料－細(xì)胞培養(yǎng)基的用量也迅速增加，被廣泛應(yīng)用于細(xì)胞生物學(xué)科和醫(yī)學(xué)研究的各個(gè)領(lǐng)域，如疫苗生產(chǎn)（人用疫苗如乙腦、狂犬、甲肝、乙肝、出血熱、麻疹等，獸用疫苗如口蹄、馬立克、偽狂犬等），基因藥物生產(chǎn)（如EPO、TPA等），臨床用單抗（如抗人肝癌單抗、抗人肺單抗、WT3）等。 第一節(jié) 水與平衡鹽溶液 1、培養(yǎng)用水:體外培養(yǎng)的細(xì)胞對(duì)水質(zhì)特別敏感，對(duì)水的純度要求較高。培養(yǎng)用水中如果含有一些雜質(zhì)，即使含量極微，有時(shí)也會(huì)影響細(xì)胞的存活和生長，甚至導(dǎo)致細(xì)胞死亡。用金屬蒸餾器制備的蒸餾水，可能會(huì)含有某些金屬離子，一般不作為培養(yǎng)用水。配制培養(yǎng)用液應(yīng)使用經(jīng)石英玻璃蒸餾器三次蒸餾的三蒸水或超純水凈化裝置制備的超純水。最好用龍頭瓶貯存，存放時(shí)間一般不應(yīng)超過2周。 2、緩沖溶液、生理鹽水、平衡鹽溶液：稍后介紹。 第二節(jié) 細(xì)胞培養(yǎng)基的基本要求 體外培養(yǎng)的細(xì)胞直接生活在培養(yǎng)基中，因此培養(yǎng)基應(yīng)能滿足細(xì)胞對(duì)營養(yǎng)成分、促生長因子、激素、滲透壓、pH等諸多方面的要求。 一、營養(yǎng)成分 維持細(xì)胞生長的營養(yǎng)條件一般包括以下幾個(gè)方面： 1、氨基酸：是細(xì)胞合成蛋白質(zhì)的原料。所有細(xì)胞都需要12種必須氨基酸：纈氨酸、亮、異亮、蘇、賴、色、苯丙、蛋、組、酪、精氨酸、胱氨酸。此外還需要谷氨酰胺，它在細(xì)胞代謝過程中有重要作用，所含的氮是核酸中嘌令和嘧啶合成的來源，同樣也是合成三、二、一磷酸酰苷所需要的基本物質(zhì)。 體外培養(yǎng)的各種培養(yǎng)基內(nèi)都含有必需氨基酸。 2、單糖：培養(yǎng)中的細(xì)胞可以進(jìn)行有氧與無氧酵解，六碳糖是主要能源。此外六碳糖也是合成某些氨基酸、脂肪、核酸的原料。細(xì)胞對(duì)葡萄糖的吸收能力最高，半乳糖最低。 體外培養(yǎng)動(dòng)物細(xì)胞時(shí)，幾乎所有的培養(yǎng)基或培養(yǎng)液中都以葡萄糖作為必含的能源物質(zhì)。 3、維生素：主要扮演輔酶、輔基的角色，必不可少。生物素、葉酸、煙酰胺、泛酸、吡哆醇、核黃素、硫胺素、維生素B12都是培養(yǎng)基常有的成分。 4、無機(jī)離子與微量元素：細(xì)胞生長除需要鈉、鉀、鈣、鎂、氮和磷等基本元素，還需要微量元素，如鐵、鋅、硒、銅、錳、鉬、釩等。 二、促生長因子及激素 已證實(shí)：各種激素、生長因子對(duì)于維持細(xì)胞的功能、保持細(xì)胞的狀態(tài)（分化或未分化）具有十分重要的作用。有些激素對(duì)許多細(xì)胞生長有促生長作用，如胰島素，它能促進(jìn)細(xì)胞利用葡萄糖和氨基酸。有些激素對(duì)某一類細(xì)胞有明顯促進(jìn)作用，如氫化可的松可促進(jìn)表皮細(xì)胞的生長，泌乳素有促進(jìn)乳腺上皮細(xì)胞生長作用等。 三、滲透壓 細(xì)胞必須生活在等滲環(huán)境中，大多數(shù)培養(yǎng)細(xì)胞對(duì)滲透壓有一定耐受性。人血漿滲透壓290mOsm/kg, 可視為培養(yǎng)人體細(xì)胞的理想滲透壓。鼠細(xì)胞滲透壓在320mOsm/kg左右。對(duì)于大多數(shù)哺乳動(dòng)物細(xì)胞，滲透壓在260－320mOsm/kg的范圍都適宜。 四、pH 氣體也是細(xì)胞生存的必需條件之一，所需氣體豐要是氧和二氧化碳。氧參與三羧酸循環(huán)，產(chǎn)生能量供給細(xì)胞生長、增殖和合成各種成分。一些細(xì)胞在缺氧情況下，借糖酵解也可獲取能量，但多數(shù)細(xì)胞缺氧不能生存。在開放培養(yǎng)時(shí)，一般置細(xì)胞于95％空氣加5％二氧化碳的混合氣體環(huán)境中培養(yǎng)。二氧化碳既是細(xì)胞代謝產(chǎn)物，也是細(xì)胞所需成分，它主要與維持培養(yǎng)基的pH有直接關(guān)系。動(dòng)物細(xì)胞大多數(shù)需要輕微的堿性條件，pH值約在7．2~7．4℃在細(xì)胞生長過程中，隨細(xì)胞數(shù)量的增多和代謝活動(dòng)的加強(qiáng)，二氧化碳不斷被釋放，培養(yǎng)液變酸，PH值發(fā)生變化。由于NaHCO3容易分解為二氧化碳，很不穩(wěn)定，致使緩沖系統(tǒng)難以精確地控制。故這一緩沖系統(tǒng)適合密閉培養(yǎng)。HEPES結(jié)合碳酸氫鈉使用，可提供更有效的緩沖體系，主要是防止pH值迅速變動(dòng)，但最大缺點(diǎn)是在開放培養(yǎng)或觀察時(shí)難以維持正常的pH值。造成pH波動(dòng)主要是代謝產(chǎn)生的CO2 ，在封閉式培養(yǎng)過程中CO2與水結(jié)合產(chǎn)生碳酸，培養(yǎng)基pH很快下降。為解決這一問題，合成培養(yǎng)基中使用了NaHCO3-CO2緩沖系統(tǒng)，并采用開放培養(yǎng)，使細(xì)胞代謝產(chǎn)生的CO2及時(shí)溢出培養(yǎng)瓶，再通過穩(wěn)定調(diào)節(jié)溫箱中CO2 濃度（5％），與培養(yǎng)基中的NaHCO3處于平衡狀態(tài)。 五、無毒、無污染 體外生長的細(xì)胞對(duì)微生物及一些有害有毒物質(zhì)沒有抵抗能力，因此培養(yǎng)基應(yīng)達(dá)到無化學(xué)物質(zhì)污染、無微生物污染（如細(xì)菌、真菌、支原體、病毒等）、無其他對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生損傷作用的生物活性物質(zhì)污染（如抗體、補(bǔ)體）。對(duì)于天然培養(yǎng)基，污染主要來源于取材過程及生物材料本身，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格選材，嚴(yán)格操作。對(duì)于合成培養(yǎng)基，污染主要來源于配制過程，配制所用的水，器皿應(yīng)十分潔凈，配制后應(yīng)嚴(yán)格過濾除菌。 第三節(jié) 天然細(xì)胞培養(yǎng)基 天然培養(yǎng)基是指來自動(dòng)物體液或利用組織分離提取的一類培養(yǎng)基，如血漿、血清、淋巴液、雞胚浸出液等。組織培養(yǎng)技術(shù)建立早期，體外培養(yǎng)細(xì)胞都是利用天然培養(yǎng)基。但是由于天然培養(yǎng)基制作過程復(fù)雜、批間差異大，因此逐漸為合成培養(yǎng)基所替代。目前廣泛使用的天然培養(yǎng)基是血清，另外各種組織提取液、促進(jìn)細(xì)胞貼壁的膠原類物質(zhì)在培養(yǎng)某些特殊細(xì)胞也是必不可少。 一、血清(serum)細(xì)胞培養(yǎng)的發(fā)展，培養(yǎng)基的質(zhì)量又是關(guān)鍵，而培養(yǎng)基的主要成份中動(dòng)物血清對(duì)細(xì)胞的生長繁殖發(fā)揮著重要甚至是難以替代的作用。在動(dòng)物血清的應(yīng)用中牛血清又是最為廣泛的，所以血清是醫(yī)藥生物技術(shù)產(chǎn)品中重要的原材料之一。保證血清質(zhì)量也是促進(jìn)生物制品質(zhì)量提高的重要環(huán)節(jié)。 1、血清種類:目前用于組織培養(yǎng)的血清主要是牛血清，培養(yǎng)某些特殊細(xì)胞也用人血清、馬血清等。選擇用牛血清培養(yǎng)細(xì)胞的原因：來源充足、制備技術(shù)成熟、經(jīng)過長時(shí)間的應(yīng)用考驗(yàn)人們對(duì)其有比較深入的理解。牛血清對(duì)絕大多數(shù)哺乳動(dòng)物細(xì)胞都是適合的，但并不排除在培養(yǎng)某種細(xì)胞時(shí)使用其他動(dòng)物血清更合適。 牛血清是細(xì)胞培養(yǎng)中用量最大的天然培養(yǎng)基，含有豐富的細(xì)胞生長必須的營養(yǎng)成份，具有極為重要的功能。牛血清分為小牛血清、新牛血清、胎牛血清。胎牛血清應(yīng)取自剖腹產(chǎn)的胎牛；新牛血清取自出生24小時(shí)之內(nèi)的新生牛；小牛血清取自出生10－30天的小牛。顯然，胎牛血清是品質(zhì)最高的，因?yàn)樘ヅ＿€未接觸外界，血清中所含的抗體、補(bǔ)體等對(duì)細(xì)胞有害的成分最少。 2、血清的主要成分:血清是由血漿去除纖維蛋白而形成的一種很復(fù)雜的混合物，其組成成份雖大部分已知，但還有一部分尚不清楚，且血清組成及含量常隨供血?jiǎng)游锏男詣e、年齡、生理?xiàng)l件和營養(yǎng)條件不同而異。血清中含有各種血漿蛋白、多肽、脂肪、碳水化合物、生長因子、激素、無機(jī)物等，這些物質(zhì)對(duì)促進(jìn)細(xì)胞生長或抑制生長活性是達(dá)到生理平衡的。對(duì)血清的成分和作用的研究雖有很大進(jìn)展，但仍存在一些問題。主要是： 第一:血清的成份可能有幾百種之多，目前對(duì)其準(zhǔn)確的成份、含量及其作用機(jī)制仍不清楚，尤其是對(duì)其中一些多肽類生長因子、激素和脂類等尚未充分認(rèn)識(shí)，這給研究工作帶來許多困難； 第二:血清都是批量生產(chǎn)，各批量之間差異很大，而且血清保存期至多一年，因此，要保證每批血清的相似性極為困難，從而使實(shí)驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)化和連續(xù)性受到限制； 第三:不能排除血清中含有易變物質(zhì)，這被認(rèn)為是“瓶中惡化”的原因之一。 3、血清主要作用： 提供基本營養(yǎng)物質(zhì)：氨基酸、維生素、無機(jī)物、脂類物質(zhì)、核酸衍生物等，是細(xì)胞生長必須的物質(zhì)。 提供激素和各種生長因子：胰島素、腎上腺皮質(zhì)激素（氫化可的松、地塞米松）、類固醇激素（雌二醇、睪酮、孕酮）等。生長因子如成纖維細(xì)胞生長因子、表皮生長因子、血小板生長因子等。 提供結(jié)合蛋白：結(jié)合蛋白作用是攜帶重要地低分子量物質(zhì)，如白蛋白攜帶維生素、脂肪、以及激素等，轉(zhuǎn)鐵蛋白攜帶鐵。結(jié)合蛋白在細(xì)胞代謝過程中起重要作用。 提供促接觸和伸展因子使細(xì)胞貼壁免受機(jī)械損傷。 對(duì)培養(yǎng)中的細(xì)胞起到某些保護(hù)作用：有一些細(xì)胞，如內(nèi)皮細(xì)胞、骨髓樣細(xì)胞可以釋放蛋白酶，血清中含有抗蛋白酶成分，起到中和作用。這種作用是偶然發(fā)現(xiàn)的，現(xiàn)在則有目的的使用血清來終止胰蛋白酶的消化作用。因?yàn)橐鹊鞍酌敢呀?jīng)被廣泛用于貼壁細(xì)胞的消化傳代。血清蛋白形成了血清的粘度，可以保護(hù)細(xì)胞免受機(jī)械損傷，特別是在懸浮培養(yǎng)攪拌時(shí)，粘度起到重要作用。血清還含有一些微量元素和離子，他們?cè)诖x解毒中起重要作用，如SeO3,硒等。 4、細(xì)胞培養(yǎng)中使用血清的缺點(diǎn) 血清成分復(fù)雜，雖含許多對(duì)細(xì)胞有利成分，也含有對(duì)細(xì)胞有害的成分，使血清有幾個(gè)明顯的缺點(diǎn)： 對(duì)大多數(shù)細(xì)胞，在體內(nèi)狀態(tài)，血清不是它們接觸的生理學(xué)液體，只是在損傷愈合以及血液凝固過程中才接觸血清，因此使用血清有可能改變某種細(xì)胞在體內(nèi)的正常狀態(tài)，血清可能促進(jìn)某些細(xì)胞的生長（成纖維細(xì)胞）同時(shí)抑制另一類細(xì)胞生長（表皮細(xì)胞）。 血清含一些對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生毒性的物質(zhì)，如多胺氧化酶，能與來自高度繁殖細(xì)胞的多胺反應(yīng)（如精胺、亞精胺）形成有細(xì)胞毒性作用的聚精胺。補(bǔ)體、抗體、細(xì)菌毒素等都會(huì)影響細(xì)胞生長，甚至造成細(xì)胞死亡。 動(dòng)物個(gè)體不同，血清產(chǎn)地、批號(hào)不同，每批質(zhì)量差異甚大，其成分不能保持一致。 取材中可能帶入支原體、病毒，對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生潛在影響，可能導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗或?qū)嶒?yàn)結(jié)果不可靠性。 血清的使用使得實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化困難，其中的蛋白質(zhì)使得某些轉(zhuǎn)基因蛋白生物藥品生產(chǎn)中分離純化工作很難完成。 大規(guī)模生產(chǎn)中，血清來源越來越困難，價(jià)格昂貴，是構(gòu)成動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)對(duì)生產(chǎn)成本的主要部分之一。 5、血清的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn):血清質(zhì)量高低取決于兩方面因素：一是取材對(duì)象，二是取材過程。用于取材的動(dòng)物應(yīng)健康無病并且在指定的出生天數(shù)之內(nèi)，取材過程應(yīng)嚴(yán)格按照操作規(guī)程執(zhí)行，制備出的血清要經(jīng)過嚴(yán)格的質(zhì)量鑒定。WHO公布的《用動(dòng)物細(xì)胞體外培養(yǎng)生產(chǎn)生物制品規(guī)程》中的要求： 牛血清必須來自有文件證明無牛海綿狀腦病的牛群或國家。并應(yīng)具備適當(dāng)?shù)谋O(jiān)測(cè)系統(tǒng)。 有些國家還要求牛血清來自未用過反芻動(dòng)物蛋白飼料的牛群。 證明所用牛血清中不含對(duì)所生產(chǎn)疫苗病毒的抑制物。 血清要通過濾膜過濾除菌，保證無菌。 無細(xì)菌、霉菌、支原體和病毒的污染，有些國家要求無細(xì)菌噬菌體污染。 對(duì)細(xì)胞有良好的支持繁殖作用。 我國在對(duì)牛血清的質(zhì)量2000年版《中國生物制品主要原輔料質(zhì)控標(biāo)準(zhǔn)》中提出比較嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)要求。包括蛋白質(zhì)含量，細(xì)菌、真菌、支原體、牛病毒、大腸桿菌噬菌體、細(xì)菌內(nèi)毒素，支持細(xì)胞增殖檢查。 血清質(zhì)量的鑒定一般包括以下幾個(gè)方面： 理化性質(zhì)：如滲透壓、pH值、蛋白電泳圖譜、蛋白含量、激素水平、內(nèi)毒素等。蛋白含量包括血清總蛋白含量（不低于35-45g/L）、球蛋白含量（應(yīng)小于20g/L)、血紅蛋白含量等。其中球蛋白含量是一項(xiàng)非常重要的指標(biāo)，血清中球蛋白主要是抗體，球蛋白含量越低血清質(zhì)量越高。血紅蛋白也是越低越好。 微生物檢測(cè)：包括細(xì)菌、真菌、支原體、病毒等。特別是對(duì)支原體、病毒的檢測(cè)，支原體是一種很小的微生物，可通過孔徑22u的濾膜。支原體、病毒污染在光學(xué)顯微鏡下難于察覺，細(xì)胞也能生長繁殖，但會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。檢測(cè)支原體的方法很多，如培養(yǎng)法、PCR法、熒光染色法、電鏡觀察法等。 促生長效果：這是血清重要的特性之一，應(yīng)當(dāng)以培養(yǎng)的細(xì)胞來檢測(cè)。有兩種方法：克隆形成率、貼瓶率測(cè)定法和連續(xù)傳代培養(yǎng)法。 (1)克隆形成率測(cè)定：一般以懸浮生長的細(xì)胞為培養(yǎng)對(duì)象，按有限稀釋法做克隆化培養(yǎng)，將不同批號(hào)的血清配制成不同濃度的培養(yǎng)基，細(xì)胞也稀釋成不同濃度，接種到96孔板，每孔200ul，培養(yǎng)一定時(shí)間，統(tǒng)計(jì)有克隆生長的孔，計(jì)算出百分比，再與對(duì)照的標(biāo)準(zhǔn)血清相比較，就可看出不同批號(hào)血清間的區(qū)別。比較低的濃度，更能觀察出血清質(zhì)量間的細(xì)微差別。 (2)貼瓶率測(cè)定：是以貼壁細(xì)胞為培養(yǎng)對(duì)象，將細(xì)胞稀釋至低密度，接種至平皿，每皿200或100個(gè)細(xì)胞，以不同濃度的血清培養(yǎng)基培養(yǎng)，培養(yǎng)一定時(shí)間后棄培養(yǎng)基，染色后統(tǒng)計(jì)集落數(shù)，計(jì)算出集落數(shù)占接種細(xì)胞數(shù)的百分比，同樣再與標(biāo)準(zhǔn)血清比較，判斷血清質(zhì)量高低。 (3)連續(xù)傳代培養(yǎng)法：是將細(xì)胞培養(yǎng)于3個(gè)一定體積的培養(yǎng)瓶中，待測(cè)血清配制為5％濃度，一般于第七天收集細(xì)胞，計(jì)數(shù)，取平均值，中間可以更換一次培養(yǎng)基。連續(xù)測(cè)試三個(gè)周期以上，觀察細(xì)胞生長狀況，并將每次的計(jì)數(shù)結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)血清的測(cè)試結(jié)果比較。 對(duì)于使用者，判斷血清質(zhì)量先從外觀入手。好的血清應(yīng)該是透明清亮，土黃色或棕黃色，無沉淀或極少沉淀，比較粘稠。如發(fā)現(xiàn)血清渾濁、不透明、含許多沉淀物，說明血清污染或血清中的蛋白質(zhì)變性；若血清呈棕紅色，說明血清中的血紅蛋白含量太高，取材時(shí)有溶血現(xiàn)象；如果搖晃時(shí)感覺液體稀薄，說明血清中摻入的生理鹽水太多。如果要進(jìn)一步了解血清的質(zhì)量，則應(yīng)連續(xù)培養(yǎng)某些細(xì)胞，觀察細(xì)胞生長狀況。 6、血清的使用與儲(chǔ)存:正確的使用及保存血清，才能使血清發(fā)揮應(yīng)有的作用。 使用前處理：大部分血清在使用前必須滅活處理，即56℃30分鐘。滅活的目的是去除血清中的補(bǔ)體成分，避免補(bǔ)體對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生毒性作用。血清經(jīng)過滅活也會(huì)損失一些對(duì)細(xì)胞有利的成分，如生長因子，因此也有人提出血清不經(jīng)滅活直接用于培養(yǎng)，這樣做的前提是確認(rèn)血清中不含補(bǔ)體成分。對(duì)于一些品質(zhì)高的胎牛血清和新牛血清可以考慮不經(jīng)滅活直接用于細(xì)胞培養(yǎng)。 儲(chǔ)存條件：血清一般儲(chǔ)存于－20℃，同時(shí)應(yīng)避免反復(fù)凍融。購買大包裝的血清后，首先要滅活處理，然后分裝成小包裝，儲(chǔ)存于－20℃，使用前融化。融化時(shí)最好現(xiàn)置于4℃。融化后的血清在4℃不宜長時(shí)間存放，應(yīng)盡快使用。 使用濃度：自從有了合成培養(yǎng)基，血清就是作為一種添加成分與合成培養(yǎng)基混合使用，使用濃度一般為5－20％，最常用是10％。過多血清容易使培養(yǎng)中的細(xì)胞發(fā)生變化，特別是一些二倍體的無限細(xì)胞系，迅速生長之后容易發(fā)生惡性轉(zhuǎn)化。 采購血清時(shí)，最好先從供應(yīng)商處索取樣品進(jìn)行試驗(yàn)，選定一批后就要保留足夠使用6個(gè)月至1年的量，直至用另一批經(jīng)過預(yù)先試驗(yàn)的樣品代替。 二、胚胎浸出液 胚胎浸出液(embryonic extract)是早期動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)中應(yīng)用的天然培養(yǎng)基，現(xiàn)已很少使用。 三、水解乳蛋白 水解乳蛋白(lactalbumin hydrolysate)為乳白蛋白經(jīng)蛋白酶和肽酶水解的產(chǎn)物，含有豐富的氨基酸，是常用的天然培養(yǎng)基，可用于許多細(xì)胞和原代細(xì)胞的培養(yǎng)。 第四節(jié) 合成細(xì)胞培養(yǎng)基 合成培養(yǎng)基是根據(jù)天然培養(yǎng)基的成分，用化學(xué)物質(zhì)模擬合成、人工設(shè)計(jì)、配制的培養(yǎng)基。它有一定的配方，是一種理想的培養(yǎng)基。目前合成培養(yǎng)基多達(dá)10多余種，有的培養(yǎng)基仍在不斷進(jìn)行改良。早期組織培養(yǎng)是利用天然培養(yǎng)基，目前合成培養(yǎng)基已經(jīng)成為一種標(biāo)準(zhǔn)化的商品，從最初的基本培養(yǎng)基發(fā)展到無血清培養(yǎng)基、無蛋白培養(yǎng)基，并且還在不斷發(fā)展。合成培養(yǎng)基的出現(xiàn)極大的促進(jìn)了組織培養(yǎng)技術(shù)的普及發(fā)展。 一、基本組分 基本培養(yǎng)基包括四大類物質(zhì)：無機(jī)鹽、氨基酸、維生素、碳水化合物。 無機(jī)鹽：CaCl2 KCl MgSO4 NaCl NaHCO3 NaH2PO4。對(duì)調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透壓、某些酶的活性及溶液的酸堿度都是必須的。 氨基酸：纈氨酸、亮、異亮、蘇、賴、色、苯丙、蛋、組、酪、精氨酸、胱氨酸(L型)。它們都是細(xì)胞用以合成蛋白質(zhì)的必需原料，不能由其他氨基酸或糖類轉(zhuǎn)化合成。除此之外，還需要谷氨酰胺(glutamine)。谷氨酰胺具有特殊的作用，對(duì)細(xì)胞的培養(yǎng)特別重要，能促進(jìn)各種氨基酸進(jìn)入細(xì)胞膜；它所含的氮是核酸中嘌呤和嘧啶的來源，還是合成—磷酸腺苷、二磷酸腺甘和三磷酸腺苷的原料。細(xì)胞需要谷氨酰胺合成核酸和蛋白質(zhì)，谷氨酰胺缺乏可導(dǎo)致細(xì)胞生長不良甚至死亡。在配制各種培養(yǎng)液中都應(yīng)補(bǔ)加一定量的谷氨酰胺。值得注意的是：谷氨酰胺在溶液中很不穩(wěn)定，故4℃下放置1周可分解50%，使用中最好單獨(dú)配制，置-20℃冰箱中保存，用前加入培養(yǎng)液中。 維生素：是維持細(xì)胞生長的一種生物活性物質(zhì)，在細(xì)胞中大多形成酶的輔基或輔酶，對(duì)細(xì)胞代謝有重大影響。脂溶性維生素(A、D、E、K)常從血清中得到補(bǔ)充。水溶性維生素包括牛物素、葉酸、煙酰胺、泛酸、吡哆醇、核黃素、硫胺素和B12。維生素C也是不可缺少的，對(duì)具有合成膠原能力的細(xì)胞更為重要。 碳水化合物：是細(xì)胞生命的能量來源，有的是合成蛋白質(zhì)和核酸的成分。主要有葡萄糖、核糖、脫氧核糖和丙酮酸鈉等。體外培養(yǎng)動(dòng)物細(xì)胞時(shí)，幾乎所有培養(yǎng)基或培養(yǎng)液中都以葡萄糖作為必含的能源物質(zhì)。 葡萄糖和谷胺酰胺的合理使用：乳酸是葡萄糖不完全氧化的產(chǎn)物。研究表明，體外培養(yǎng)條件下95％的葡萄糖轉(zhuǎn)變?yōu)槿樗?，這降低了營養(yǎng)物質(zhì)的代謝效率，降低培養(yǎng)基pH值，增加滲透壓。在氧氣供給不足的情況下，NADH轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)蘋果酸－天冬氨酸穿梭系統(tǒng)活性低而不能將糖酵解產(chǎn)生的NADH氧化磷酸化為NAD+，細(xì)胞只得以降低能量需求的方式如激活乳酸脫氫酶將糖酵解產(chǎn)生的丙酮酸與NADH反應(yīng)生產(chǎn)乳酸和NAD+，從而保證了糖酵解的順利進(jìn)行。另一個(gè)可能的解釋是連接糖酵解與TCA循環(huán)的特異性酶如丙酮酸脫氫酶復(fù)合物、磷酸丙酮酸羧化酶激酶和丙酮酸羧化酶活性低下，直接導(dǎo)致糖酵解與TCA循環(huán)的失衡。因此體外培養(yǎng)條件下，葡萄糖主要經(jīng)糖酵解降解，產(chǎn)生過量的乳酸。減少乳酸生產(chǎn)最常用的方法是限制培養(yǎng)基中葡萄糖的含量，但葡萄糖含量過低可造成細(xì)胞營養(yǎng)供應(yīng)不足，細(xì)胞生長抑制。該方法需要對(duì)葡萄糖的消耗與需求、乳酸的生產(chǎn)速率以及目的蛋白的表達(dá)量等參數(shù)進(jìn)行綜合考慮方可應(yīng)用。 在目前常用的培養(yǎng)基中，葡萄糖和谷胺酰胺是體外培養(yǎng)動(dòng)物細(xì)胞的主要能源，其能量代謝通路與體內(nèi)完全不同，表現(xiàn)為葡萄糖主要經(jīng)糖酵解途徑為細(xì)胞提供能量，谷胺酰胺大部分通過不完全氧化途徑，另一小部分通過完全氧化為細(xì)胞供能。因此，適當(dāng)?shù)恼{(diào)整細(xì)胞內(nèi)的代謝途徑，使之能促進(jìn)細(xì)胞的快速生長和產(chǎn)物合成，同時(shí)減少代謝抑制物的生成是行之有效的一種策略。 許多動(dòng)物細(xì)胞如CHO、BHK和雜交瘤細(xì)胞對(duì)營養(yǎng)物質(zhì)葡萄糖和谷氨酰胺的消耗利用很快。然而對(duì)于細(xì)胞生長而言，二者的快速利用并非細(xì)胞必需；相反相當(dāng)一部分轉(zhuǎn)化為代謝廢物乳酸和氨，以及一些非必需氨基酸如丙氨酸，脯氨酸。其中，乳酸和氨是兩種主要代謝廢物，其積累可影響細(xì)胞生長以及產(chǎn)品質(zhì)量。減少這兩種代謝產(chǎn)物的積累，是大規(guī)模細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)研究的重要方向。 氨是由谷氨酰胺和天冬酰胺產(chǎn)生的。限制培養(yǎng)基中谷氨酰胺的含量亦是減少氨生成的常用方法。 除了以上與細(xì)胞生長有關(guān)的物質(zhì)以外，培養(yǎng)基中一般還要加入酚紅（當(dāng)溶液酸性時(shí)pH小于6.8呈黃色；當(dāng)溶液堿性時(shí)pH大于8.4呈紅色），一種pH指示劑。 在較為復(fù)雜的培養(yǎng)液中還包括核酸降解物(如嘌呤和嘧啶兩類)以及氧化還原劑(如谷胱甘肽)等。有的培養(yǎng)液還直接采用了三磷酸腺苷和輔酶A。 二、常用細(xì)胞培養(yǎng)基 (1)MEM細(xì)胞培養(yǎng)基系列 (2)DMEM細(xì)胞培養(yǎng)基系列 (3)RPMI-1640細(xì)胞培養(yǎng)基系列 (4)199細(xì)胞培養(yǎng)基系列 (5)水解乳蛋白細(xì)胞培養(yǎng)基 (6)歐氏平衡鹽 (7)F-10,F-12細(xì)胞培養(yǎng)基系列 (8)其它類型細(xì)胞培養(yǎng)基 三、干粉培養(yǎng)基的配制 配制培養(yǎng)基要注意以下問題： 認(rèn)真閱讀說明書。說明書都注明干粉不包含的成分，常見的有NaHCO3、谷氨酰胺、丙酮酸鈉、HEPES等。這些成分有些是必須添加的，如NaHCO3、谷氨酰胺，有些根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要決定。 配制是要保證充分溶解，NaHCO3、谷氨酰胺等物質(zhì)都要等培養(yǎng)基完全溶解之后才能添加。 配制所用的水應(yīng)是三蒸水，離子濃度很低。 所用器皿應(yīng)嚴(yán)格消毒。 配制好的培養(yǎng)基應(yīng)馬上過濾，無菌保存于4度。 液體培養(yǎng)基主要是為了科研工作的方便而設(shè)計(jì)的培養(yǎng)基，它是一種滅菌后保證無菌的溶液，必要時(shí)可制成無內(nèi)毒素等的溶液，可節(jié)省科研人員的工作量。 配制方法 在一個(gè)盡可能接近總體積的容器中加入比預(yù)期培養(yǎng)基總體積少5％的雙蒸水。 在室溫（20℃到30℃）的水中加入干粉培養(yǎng)基，輕輕攪拌，不要加熱。 水洗包裝袋的內(nèi)部，轉(zhuǎn)移全部的痕量干粉到容器內(nèi)。 加NaHCO3到培養(yǎng)基中。 用雙蒸水稀釋到想要的體積，攪拌溶解。注意不要過分?jǐn)嚢琛?/p> 通過緩慢攪拌加入1N NaOH 或1N HCL調(diào)節(jié)pH值，由于pH值在過濾時(shí)會(huì)上升0.1到0.3，因而調(diào)節(jié)pH值使它比最終想要的pH值低0.2到0.3。培養(yǎng)基在過濾前要保持密封。 第五節(jié) 無血清技術(shù)及其培養(yǎng)基 經(jīng)歷了天然培養(yǎng)基、合成培養(yǎng)基后，無血清培養(yǎng)基和無血清培養(yǎng)成為當(dāng)今細(xì)胞培養(yǎng)領(lǐng)域的一大趨勢(shì)。采用無血清培養(yǎng)可降低生產(chǎn)成本，簡(jiǎn)化分離純化步驟，避免病毒污染造成的危害。 無血清培養(yǎng)基(serum free medium,SFM):是不需要添加血清就可以維持細(xì)胞在體外較長時(shí)間生長繁殖的合成培養(yǎng)基。但是它們可能包含個(gè)別蛋白或大量蛋白組分。雖然基礎(chǔ)培養(yǎng)基加少量血清所配制的完全培養(yǎng)基可以滿足大部分細(xì)胞培養(yǎng)的要求，但對(duì)有些實(shí)驗(yàn)卻不適合，如觀察一種生長因子對(duì)某種細(xì)胞的作用，這時(shí)需要排除其他生長因子的干擾作用。而血清中可能含有各種生長因子；又如需要測(cè)定某種細(xì)胞在培養(yǎng)過程中分泌某種物質(zhì)（抗體、生長因子）的能力；或者要大規(guī)模的培養(yǎng)某種細(xì)胞，以獲得它們的分泌產(chǎn)物。因此研制出無血清培養(yǎng)基一直是生物科學(xué)工作者努力的目標(biāo)。上海恒利安生物科技有限公司已成功開發(fā)了商業(yè)化的多種無血清培養(yǎng)基，可滿足眾多廠商的需求。 一、無血清培養(yǎng)基的基本配方:基本成分為基礎(chǔ)培養(yǎng)基及添加組分兩大部分。 用于生物制藥和疫苗生產(chǎn)的細(xì)胞在體外培養(yǎng)時(shí)，多數(shù)呈貼壁生長或兼性貼壁生長；而當(dāng)其在無血清、無蛋白培養(yǎng)基中生長時(shí)，由于缺乏血清中的各種粘附貼壁因子如纖粘連蛋白、層粘連蛋白、膠原、玻表粘連蛋白，細(xì)胞往往以懸浮形式生長。 添加組分包括以下幾大類物質(zhì)： (1）促貼壁物質(zhì)：許多細(xì)胞必須貼壁才能生長，這種情況下無血清培養(yǎng)基中一定要添加促貼壁和擴(kuò)展因子，一般為細(xì)胞外基質(zhì)，如纖連蛋白、層粘連蛋白等。它們還是重要的分裂素以及維持正常細(xì)胞功能的分化因子，對(duì)許多細(xì)胞的繁殖和分化，起著重要作用。纖連蛋白主要促進(jìn)來自中胚層細(xì)胞的貼壁與分化，這些細(xì)胞包括成纖維細(xì)胞、肉瘤細(xì)胞、粒細(xì)胞、腎上皮細(xì)胞、腎上腺皮質(zhì)細(xì)胞、CHO細(xì)胞、成肌細(xì)胞等。 (2）促生長因子及激素：針對(duì)不同細(xì)胞添加不同的生長因子。激素也是刺激細(xì)胞生長、維持細(xì)胞功能的重要物質(zhì)，有些激素是許多細(xì)胞必不可少的，如胰島素。 (3）酶抑制劑：培養(yǎng)貼壁生長的細(xì)胞，需要用胰酶消化傳代，在無血清培養(yǎng)基中必不可少須含酶抑制劑，以終止酶的消化作用，達(dá)到保護(hù)細(xì)胞的目的。最常用的是大豆胰酶；抑制劑。 (4）結(jié)合蛋白和轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白：常見如轉(zhuǎn)鐵蛋白和牛血清白蛋白。牛血清白蛋白的添加比較大，可增加培養(yǎng)基的粘度，保護(hù)細(xì)胞免受機(jī)械損傷。許多旋轉(zhuǎn)式培養(yǎng)的無血清培養(yǎng)基都含有牛血清白蛋白。 (5)微量元素：硒是最常見的。 二、使用方法:目前，血清仍是動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)中最基本的的添加物，尤其是在原代培養(yǎng)或者細(xì)胞生長狀況不良時(shí)，常常會(huì)先使用有血清的培養(yǎng)液進(jìn)行培養(yǎng)，待細(xì)胞生長旺盛以后，再換成無血清培養(yǎng)液。細(xì)胞轉(zhuǎn)入無血清培養(yǎng)基培養(yǎng)要有一個(gè)適應(yīng)過程，一般要逐步降低血清濃度，從10%減少到5%，3%，1%，直至無血清培養(yǎng)。在降低過程中要注意觀察細(xì)胞形態(tài)是否發(fā)生變化，是否有部分細(xì)胞死亡，存活細(xì)胞是否還保持原有的功能和生物學(xué)特性等。在實(shí)驗(yàn)后這些細(xì)胞一般不再繼續(xù)保留，很少有細(xì)胞能夠長期培養(yǎng)于無血清培養(yǎng)基而不發(fā)生改變的。細(xì)胞轉(zhuǎn)入無血清培養(yǎng)之前，要留有種子細(xì)胞，種子細(xì)胞按常規(guī)培養(yǎng)于含血清的培養(yǎng)基中，以保證細(xì)胞的特性不發(fā)生變化。 為了使細(xì)胞適應(yīng)無血清培養(yǎng)，關(guān)鍵的是使所培養(yǎng)細(xì)胞： 處于對(duì)數(shù)生長中期 >90% 活細(xì)胞率 適應(yīng)時(shí)以較高的起始細(xì)胞接種 有兩種方法使細(xì)胞適應(yīng)無血清培養(yǎng)基（SFM）: 1、直接適應(yīng)——細(xì)胞從添加血清的培養(yǎng)基轉(zhuǎn)換到無血清培養(yǎng)基（SFM）中。 一些類型細(xì)胞可直接從包含血清的培養(yǎng)基適應(yīng)無血清培養(yǎng)基。對(duì)于直接適應(yīng)，接種細(xì)胞密度應(yīng)該:2.5×105~3.5×105細(xì)胞/ml。當(dāng)細(xì)胞密度達(dá)到1×106~3×106細(xì)胞/ml時(shí)，傳代培養(yǎng)細(xì)胞。當(dāng)細(xì)胞密度在培養(yǎng)4到7天后達(dá)到2×106~4×106細(xì)胞/ml時(shí)，細(xì)胞完全適應(yīng)了無血清培養(yǎng)基。每隔3~5天，當(dāng)細(xì)胞密度達(dá)到1×106~3×106細(xì)胞/ml，細(xì)胞活率在90％時(shí)，貯備的適應(yīng)了無血清培養(yǎng)基的細(xì)胞培養(yǎng)物應(yīng)該再次傳代培養(yǎng)。 2、連續(xù)適應(yīng)——分好幾步把細(xì)胞從添加血清的培養(yǎng)基轉(zhuǎn)換到無血清培養(yǎng)基（SFM）中，與直接適應(yīng)相比較，連續(xù)適應(yīng)趨向?qū)τ诩?xì)胞更加溫和一些。 以2倍正常接種密度接種生長活躍的細(xì)胞培養(yǎng)物到75%有血清培養(yǎng)基：25％SFM 混合培養(yǎng)基中，傳代培養(yǎng)。 當(dāng)細(xì)胞密度>5×105細(xì)胞/ml時(shí)，以2×105到3×105細(xì)胞/ml細(xì)胞密度，在有血清培養(yǎng)基：SFM為50∶50的混合培養(yǎng)基中傳代培養(yǎng)。 以2×106到3×106細(xì)胞/ml細(xì)胞密度，25％有血清培養(yǎng)基和75% SFM中傳代培養(yǎng)。 當(dāng)細(xì)胞密度達(dá)到1×106到3×106細(xì)胞/ml（接種后4到6天），在100％SFM培養(yǎng)基中傳代培養(yǎng)。 每隔3到5天，當(dāng)細(xì)胞密度達(dá)到1×106到3×106細(xì)胞/ml，細(xì)胞活率在90％時(shí)，貯備的適應(yīng)了無血清培養(yǎng)基的細(xì)胞培養(yǎng)物應(yīng)該再次傳代培養(yǎng)。 建議備份前一次混合培養(yǎng)的培養(yǎng)物，直到每一次細(xì)胞適應(yīng)了新的混合培養(yǎng)基。每一次減少血清前，可能需要在SFM/有血清混合培養(yǎng)基中進(jìn)行幾次傳代。 在適應(yīng)過程中，最好不要讓細(xì)胞生長過度。這將增加選擇亞群的可能性。需要注意，與有血清培養(yǎng)基相比，大部分SFM包含非常少的蛋白質(zhì)，因而更易于受外界因素的影響。 細(xì)胞培養(yǎng)適應(yīng)替代血清：許多細(xì)胞利用連續(xù)適應(yīng)方法能很好的適應(yīng)，用包含F(xiàn)BS的的培養(yǎng)基和包含有替代血清的培養(yǎng)基1∶1（v∶v）的混合培養(yǎng)基培養(yǎng)細(xì)胞。通過下列的混合培養(yǎng)基的方式，連續(xù)幾代減少當(dāng)前培養(yǎng)基的量：1∶2，1∶4，1∶16和100％替代培養(yǎng)基。每次適應(yīng)改變血清比例時(shí)，傳代細(xì)胞2到3次。 培養(yǎng)可以直接從FBS轉(zhuǎn)換到替代血清。一開始就使用相同于FBS的濃度的替代物或血清，生長的延遲可能會(huì)發(fā)生，4允許進(jìn)行2到3次的傳代，使生長率恢復(fù)到以前的水平。 特別需要強(qiáng)調(diào)的是：配制無血清培養(yǎng)液必須使用高質(zhì)量的水，如石英玻璃蒸餾器經(jīng)三次蒸餾或超純水凈化裝置制備的水。因?yàn)闊o血清培養(yǎng)基缺乏了血清中天然成分中和毒素、保護(hù)細(xì)胞的大分子，既便水中的有毒物質(zhì)含量甚微，也可能對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生致死性損害。這是無血清培養(yǎng)能否成功的關(guān)鍵因素之一。 三、使用無血清培養(yǎng)基的優(yōu)點(diǎn) 增加確定性 性能更加一致 容易進(jìn)行純化和下游加工 細(xì)胞功能的精確評(píng)估 增強(qiáng)生長和/或產(chǎn)量 生理反應(yīng)性的較好對(duì)照 增強(qiáng)細(xì)胞內(nèi)中介物的檢測(cè) 第六節(jié) 無蛋白培養(yǎng)基與限定化學(xué)成分培養(yǎng)基 一、無蛋白培養(yǎng)基（protein free midium,PFM）：即不含有動(dòng)物蛋白的培養(yǎng)基。無血清培養(yǎng)基仍含有較多的動(dòng)物蛋白，如胰島素，轉(zhuǎn)鐵蛋白、牛血清白蛋白等。從生物技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)來看，不含動(dòng)物蛋白的培養(yǎng)基又廣泛的應(yīng)用前景，許多利用基因工程技術(shù)重組的蛋白質(zhì)最終要應(yīng)用于人體，如果再生長過程中使用了含有動(dòng)物蛋白質(zhì)的培養(yǎng)基，純化過程就比較復(fù)雜，最終要達(dá)到一定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)也有一定的難度。無蛋白培養(yǎng)基就是為了適應(yīng)這發(fā)展趨勢(shì)而出現(xiàn)的，許多無蛋白培養(yǎng)基添加了植物水解物以替代動(dòng)物激素、生長因子的作用。市場(chǎng)上已有適合多種細(xì)胞生長的無蛋白培養(yǎng)基。 二、限定化學(xué)成分培養(yǎng)基(chemical defined medium,CDM)：是指培養(yǎng)基中的素有成分都是明確的，它同樣不含有動(dòng)物蛋白，同樣也不是添加了植物水解物，而是使用了一些已知結(jié)構(gòu)與功能的小分子化合物，如短肽、植物激素等。這種培養(yǎng)基更有利于分析細(xì)胞的分泌產(chǎn)物。目前已經(jīng)有適合于293細(xì)胞、CHO細(xì)胞、雜交瘤細(xì)胞生長的CDM問世，上海恒利安生物科技有限公司生產(chǎn)的水解乳蛋白培養(yǎng)基就屬于CDM。 第七節(jié) 其他細(xì)胞培養(yǎng)用液 在細(xì)胞培養(yǎng)過程中，除了培養(yǎng)基外，還經(jīng)常用到一些平衡鹽溶液、消化液、pH調(diào)整液等。 一、平衡鹽溶液（balanced salt solution,BSS）：主要是由無機(jī)鹽、葡萄糖組成，它的作用是維持細(xì)胞滲透壓平衡，保持pH穩(wěn)定及提供簡(jiǎn)單的營養(yǎng)。主要用于取材時(shí)組織塊的漂洗、細(xì)胞的漂洗、配制其他試劑等。最簡(jiǎn)單的BSS是Ringer。D-Hank's與Hank's的一個(gè)主要區(qū)別是前者不含有Ca2+、Mg2+，因此D-Hank's常用于配制胰酶溶液。Earle平衡液含有較高的NaHCO3(2.2g/L),適合于5%CO2 的培養(yǎng)條件，Hank's平衡液僅含有0.35g/L NaHCO3，不能用于5%CO2的環(huán)境，若放入CO2培養(yǎng)相，溶液將迅速變酸，使用時(shí)應(yīng)注意。 配制溶液應(yīng)使用雙蒸水或去離子水。如果配方中含有Ca2+、Mg2+，應(yīng)當(dāng)首先溶解這些成分。配好的平衡鹽溶液可以過濾除菌或高溫滅菌。 二、消化液：取材進(jìn)行原代培養(yǎng)時(shí)常常需要將組織塊消化解離形成細(xì)胞懸液，傳代培養(yǎng)時(shí)也需要將貼壁細(xì)胞從瓶壁上消化下來，常用的消化液有胰酶（Trypsin）溶液和EDTA溶液，有時(shí)也用膠原酶（collagenase）溶液。 1、胰酶溶液：胰酶活性可用消化酪蛋白的能力表示，常見有1：125和1：250，即一份胰酶可消化125或250份酪蛋白。組織培養(yǎng)用胰酶溶液一般配制成0.1-0.25%濃度，配制時(shí)要用不含Ca2+ 、Mg2+及血清的平衡鹽溶液（如前面的D-Hank's），因?yàn)檫@些物質(zhì)會(huì)對(duì)胰酶產(chǎn)生抑制作用。胰酶作用及溶解的最佳pH是8-9，配制胰酶溶液應(yīng)將液體調(diào)至pH8左右，充分溶解，過濾除菌。過濾后可以再調(diào)只pH7.5，也可不調(diào)。 使用細(xì)胞清洗液配制胰酶消化液：含0.5%胰酶的細(xì)胞清洗液（100ml細(xì)胞清洗液加0.5g胰酶），過濾除菌，分裝于4度保存。 2、EDTA溶液：EDTA溶液也常用來解離細(xì)胞，它的作用機(jī)制是破壞細(xì)胞間的連接。對(duì)于一些貼壁特別牢固的細(xì)胞，還可以用EDTA和胰酶的混合液進(jìn)行消化。EDTA溶液的使用濃度為0.02%，配制時(shí)應(yīng)加堿助溶，配制后可過濾除菌，也可高溫消毒滅菌。 3、膠原酶溶液：膠原酶在上皮類細(xì)胞原代培養(yǎng)時(shí)經(jīng)常使用，膠原酶作用的對(duì)象是膠原組織，因此不容易對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生損傷。膠原酶的使用濃度為0.1-0.3mg/L或200000U/L,作用的最佳pH為6.5。膠原酶不受Ca2+ 、Mg2+及血清的抑制，配制時(shí)可用PBS。 三、pH調(diào)整液:常用的有HEPES液和NaHCO3溶液。 1、NaHCO3溶液：NaHCO3是培養(yǎng)基中必須添加的成分，一般情況下按說明書的要求準(zhǔn)確添加，以保證培養(yǎng)基在5%CO2的環(huán)境下pH達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。如果是封閉式培養(yǎng)，即不與5%CO2的環(huán)境發(fā)生交換達(dá)到平衡，所使用的培養(yǎng)基就不能按照說明書所要求加入NaHCO3。此時(shí)常用5.6%或7.4%的NaHCO3溶液調(diào)節(jié)培養(yǎng)基，使之達(dá)到所要求的pH環(huán)境。 2、HEPES溶液：是一種弱酸，中文名字是羥乙基哌秦乙硫磺酸，對(duì)細(xì)胞無毒性，主要作用是防止培養(yǎng)基pH迅速變動(dòng)。在開放式培養(yǎng)條件下，觀察細(xì)胞時(shí)培養(yǎng)基脫離了5%CO2的環(huán)境，CO2 氣體迅速逸出，pH迅速升高，若加了HEPES，此時(shí)可以維持pH7.0左右。一般在進(jìn)行克隆化培養(yǎng)時(shí)要添加HEPES。 四、抗生素:常用的是青鏈霉素，俗稱“雙抗溶液”。青霉素主要是對(duì)革蘭陽性菌有效，鏈霉素主要對(duì)革蘭陰性菌有效。加入這兩種抗生素可預(yù)防絕大多數(shù)細(xì)菌污染。通常使用青霉素終濃度0.007-0.008g/100ml,鏈霉素終濃度0.01g/100ml。一般配制成100倍濃縮液，可用PBS或培養(yǎng)基配制。 五、谷氨酰胺補(bǔ)充液:谷氨酰胺在細(xì)胞代謝過程中起重要作用，合成培養(yǎng)基中都要添加，由于谷氨酰胺在溶液中很不穩(wěn)定容易降解，4℃下放置7天即可分解約50%，所以都是在使用前添加。配制好的培養(yǎng)液（含谷氨酰胺）在4℃放置2周以上時(shí)，要重新加入原來量的谷氨酰胺，故需單獨(dú)配制谷氨酰胺，以便臨時(shí)加入培養(yǎng)液內(nèi)。谷氨酰胺使用終濃度為0.002mol/L。一般配制為100倍濃縮液，即濃度為200mmol/L（29.22g/L），配制時(shí)應(yīng)加溫30℃，完全溶解后過濾除菌，分裝至小瓶，儲(chǔ)存于－20℃。使用時(shí)，在每100ml培養(yǎng)液中加入0.5~2ml谷氨酰胺濃縮液，終濃度為1~4mmol/L。 六、二肽谷氨酰胺（L-丙氨酰-L-谷氨酰胺） 在細(xì)胞培養(yǎng)液中L-谷氨酰胺是大部分細(xì)胞培養(yǎng)基的基本成分；而L-谷氨酰胺是一種并不穩(wěn)定的氨基酸，在中性的水溶液中會(huì)自發(fā)降解；需要頻繁地補(bǔ)加L-谷氨酰胺。因而在培養(yǎng)操作過程中經(jīng)常： （1）頻繁打開蓋子，增加了破壞無菌狀態(tài)的可能性； （2）過多的追加L-谷氨酰胺，增加了培養(yǎng)基中氨的毒性水平。 二肽谷氨酰胺在細(xì)胞培養(yǎng)中穩(wěn)定而不降解,可高壓滅菌,釋放毒性氨最少! 二肽谷氨酰胺在細(xì)胞內(nèi)被氨肽酶（E.C.3.4.11.2）所水解，產(chǎn)生L-谷氨酰胺和L-丙氨酸；因此在大部分細(xì)胞系統(tǒng)中二肽谷氨酰胺就可以象L-谷氨酰胺同樣有效地被利用。二肽谷氨酰胺是最優(yōu)替代物，它無需適應(yīng)；既可用于貼壁細(xì)胞培養(yǎng)，也適合于懸浮細(xì)胞的培養(yǎng)。 第三章 細(xì)胞培養(yǎng)的基本方法 第一節(jié) 培養(yǎng)細(xì)胞的細(xì)胞生物學(xué) 一、基本概念通常，體外培養(yǎng)的生物成分無外乎兩種結(jié)構(gòu)形式： 其一是小塊組織或稱為組織塊（tissue block），一般稱為外植塊； 其二是將生物組織分散后制成的單個(gè)細(xì)胞，一般稱為分離的細(xì)胞(isolated cell)或者分散的細(xì)胞(dissociated cell)。 分散的過程通常在培養(yǎng)液或平衡鹽溶液中進(jìn)行，分散的細(xì)胞被懸浮于培養(yǎng)液或平衡鹽溶液中。 單個(gè)細(xì)胞分散存在于培養(yǎng)液或其它平衡鹽溶液中、緩沖溶液中，就稱為細(xì)胞懸液(cell suspension)。 狹義的細(xì)胞培養(yǎng)(cell culture)主要是指分離（散）細(xì)胞培養(yǎng)，廣義的細(xì)胞培養(yǎng)的概念還包括單（個(gè)）細(xì)胞培養(yǎng)(single cell culture)。一種是群體培養(yǎng)（mass culture），將含有一定數(shù)量細(xì)胞的懸液置于培養(yǎng)瓶中，讓細(xì)胞貼壁生長，匯合（confluence）后形成均勻的單細(xì)胞層；另一種是克隆培養(yǎng)（clonal culture），將高度稀釋的游離細(xì)胞懸液加入培養(yǎng)瓶中，各個(gè)細(xì)胞貼壁后，彼此距離較遠(yuǎn)，經(jīng)過生長增殖每一個(gè)細(xì)胞形成一個(gè)細(xì)胞集落，稱為克?。╟lone）。一個(gè)細(xì)胞克隆中的所有細(xì)胞均來源于同一個(gè)祖先細(xì)胞。 現(xiàn)今，用于疫苗生產(chǎn)的細(xì)胞基本有3類，即原代細(xì)胞、二倍體細(xì)胞株及傳代細(xì)胞系。經(jīng)過幾十年的研究和發(fā)展，目前我國已經(jīng)擁有了可以進(jìn)行大規(guī)模疫苗生產(chǎn)的動(dòng)物原代細(xì)胞、二倍體細(xì)胞和Vero細(xì)胞等生產(chǎn)技術(shù)，用于生產(chǎn)多種人用、動(dòng)物疫苗。其中二倍體細(xì)胞（如我國70年代建立的人胚肺二倍體細(xì)胞株KMB17和2BS）對(duì)多種病毒具有廣泛的敏感性，用其制備病毒性疫苗可以克服使用原代細(xì)胞時(shí)在其培養(yǎng)物中可能存在的各種潛在致病因子的危險(xiǎn)，是當(dāng)前病毒性疫苗生產(chǎn)較為理想的細(xì)胞基質(zhì)。Vero細(xì)胞是1962年由日本Chiba大學(xué)的Yasumura等人從成年非洲綠猴腎中分離獲得的，是一種貼壁依賴性成纖維細(xì)胞，核型為2n 60，高倍體率約為1.7%，可持續(xù)地進(jìn)行培養(yǎng)，不含任何污染因子。通常使用199培養(yǎng)基添加5%胎牛血清進(jìn)行培養(yǎng)。該細(xì)胞可用于多種病毒的增殖，已被WHO批準(zhǔn)廣泛用于人用、動(dòng)物用疫苗生產(chǎn)。 二、體外培養(yǎng)細(xì)胞的分型 （一）貼附型：大多數(shù)培養(yǎng)細(xì)胞貼附生長，屬于貼壁依賴性細(xì)胞，大致分成以下四型： 1、成纖維細(xì)胞型：胞體呈梭型或不規(guī)則三角形，中央有卵圓形核，胞質(zhì)突起，生長時(shí)呈放射狀。除真正的成纖維細(xì)胞外，凡由中胚層間充質(zhì)起源的組織，如心肌、平滑肌、成骨細(xì)胞、血管內(nèi)皮等常呈本型狀態(tài)。培養(yǎng)中細(xì)胞的形態(tài)與成纖維類似時(shí)皆可稱之為成纖維細(xì)胞。 2、上皮型細(xì)胞：細(xì)胞呈扁平不規(guī)則多角形，中央有圓形核，細(xì)胞彼此緊密相連成單層膜。生長時(shí)呈膜狀移動(dòng)，處于膜邊緣的細(xì)胞總與膜相連，很少單獨(dú)行動(dòng)。起源于內(nèi)、外胚層的細(xì)胞如皮膚表皮及其衍生物、消化管上皮、肝胰、肺泡上皮等皆成上皮型形態(tài)。 3、游走細(xì)胞型：呈散在生長，一般不連成片，胞質(zhì)常突起，呈活躍游走或變形運(yùn)動(dòng)，方向不規(guī)則。此型細(xì)胞不穩(wěn)定，有時(shí)難以和其他細(xì)胞相區(qū)別。 4、多型細(xì)胞型：有一些細(xì)胞，如神經(jīng)細(xì)胞難以確定其規(guī)律和穩(wěn)定的形態(tài)，可統(tǒng)歸于此類。 （二）懸浮型:見于少數(shù)特殊的細(xì)胞，如某些類型的癌細(xì)胞及白血病細(xì)胞。胞體圓形，不貼于支持物上，呈懸浮生長。這類細(xì)胞容易大量繁殖。 三、培養(yǎng)細(xì)胞的生長和增殖過程:體內(nèi)細(xì)胞生長在動(dòng)態(tài)平衡環(huán)境中，而組織培養(yǎng)細(xì)胞的生存環(huán)境是培養(yǎng)瓶、皿或其它容器，生存空間和營養(yǎng)是有限的。當(dāng)細(xì)胞增殖達(dá)到一定密度后，則需要分離出一部分細(xì)胞和更新營養(yǎng)液，否則將影響細(xì)胞的繼續(xù)生存，這一過程叫傳代（Passage或Subculture）。每次傳代以后，細(xì)胞的生長和增殖過程都會(huì)受一定的影響。另外，很多細(xì)胞在體外的生存也不是無限的，存在著一個(gè)發(fā)展過程。所有這一切，使組織細(xì)胞在培養(yǎng)中有著一系列與體內(nèi)不同的生存特點(diǎn)。 （一）培養(yǎng)細(xì)胞生命期（Life Span of Culture Cells）:所謂培養(yǎng)細(xì)胞生命期，是指細(xì)胞在培養(yǎng)中持續(xù)增殖和生長的時(shí)間。體內(nèi)組織細(xì)胞的生存期與完整機(jī)體的死亡衰老基本相一致。人胚二倍體成纖維細(xì)胞培養(yǎng)，在不凍存和反復(fù)傳代條件下，可傳30～50代，相當(dāng)于150～300個(gè)細(xì)胞增殖周期，能維待一年左右的生存時(shí)間，最后衰老凋亡（Apoptosis）。如供體為成體或衰老個(gè)體，則生存時(shí)間較短；如培養(yǎng)的為其它細(xì)胞,如肝細(xì)胞或腎細(xì)胞，生存時(shí)間更短，僅能傳幾代或十幾代。只有當(dāng)細(xì)胞發(fā)生遺傳性改變，如獲永生性或惡性轉(zhuǎn)化時(shí)，細(xì)胞的生存期才可能發(fā)生改變。正常細(xì)胞培養(yǎng)時(shí)，不論細(xì)胞的種類和供體的年齡如何，在細(xì)胞全生存過程中，大致都經(jīng)歷以下三個(gè)階段： 1、原代培養(yǎng)（Primary Culture）期：也稱初代培養(yǎng)，即從體內(nèi)取出組織接種培養(yǎng)到第一次傳代階段，一般持續(xù)1一4周。此期細(xì)胞呈活躍的移動(dòng)，可見細(xì)胞分裂，但不旺盛。初代培養(yǎng)細(xì)胞與體內(nèi)原組織在形態(tài)結(jié)構(gòu)和功能活動(dòng)上相似性大。細(xì)胞群是異質(zhì)的（Heterogeneous），也即各細(xì)胞的遺傳性狀互不相同，細(xì)胞相互依存性強(qiáng)。 2、傳代期：初代培養(yǎng)細(xì)胞一經(jīng)傳代后便改稱做細(xì)胞系（Cell Line）。在全生命期中此期的持續(xù)時(shí)間最長。在培養(yǎng)條件較好情況下，細(xì)胞增殖旺盛，并能維持二倍體核型，呈二倍體核型的細(xì)胞稱二倍體細(xì)胞系（Diploid Cell Line）。為保持二倍體細(xì)胞性質(zhì)，細(xì)胞應(yīng)在初代培養(yǎng)期或傳代后早期凍存。當(dāng)前世界上常用細(xì)胞均在不出十代內(nèi)凍存。如不凍存，則需反復(fù)傳代以維持細(xì)胞的適宜密度，以利于生存。但這樣就有可能導(dǎo)致細(xì)胞失掉二倍體性質(zhì)或發(fā)生轉(zhuǎn)化。一般情況下當(dāng)傳代10～50次左右，細(xì)胞增殖逐漸緩慢，以至完全停止，細(xì)胞進(jìn)入第三期。 3、衰退期：此期細(xì)胞仍然生存，但增殖很慢或不增殖；細(xì)胞形態(tài)輪廓增強(qiáng)，最后衰退凋亡。 在細(xì)胞生命期階段，少數(shù)情況下，在以上三期任何一點(diǎn)（多發(fā)生在傳代末或衰退期），由于某種因素的影響，細(xì)胞可能發(fā)生自發(fā)轉(zhuǎn)化（Spontaneous Transformation）。轉(zhuǎn)化的標(biāo)志之一是細(xì)胞可能獲得永生性（Immortality）或惡性性（Malignancy）。細(xì)胞永生性也稱不死性，即細(xì)胞獲持久性增殖能力，這樣的細(xì)胞群體稱無限細(xì)胞系（Infinite Cell Line），也稱連續(xù)細(xì)胞系（Continuous Cell Line）。無限細(xì)胞系的形成主要發(fā)生在第二期末，或第三期初階段。細(xì)胞獲不死性后，核型大多變成異倍體（Heteroploid）。細(xì)胞轉(zhuǎn)化亦可用人工方法誘發(fā)，轉(zhuǎn)化后的細(xì)胞也可能具有惡性性質(zhì)。細(xì)胞永生性和惡性性非同一性狀。 （二）組織培養(yǎng)細(xì)胞一代生存期 所有體外培養(yǎng)細(xì)胞，包括初代培養(yǎng)及各種細(xì)胞系，當(dāng)生長達(dá)到一定密度后，都需做傳代處理。傳代的頻率或間隔與培養(yǎng)液的性質(zhì)、接種細(xì)胞數(shù)量和細(xì)胞增殖速度等有關(guān)。接種細(xì)胞數(shù)量大、細(xì)胞基數(shù)大、相同增殖速度條件下，細(xì)胞數(shù)量增加與飽和速度相對(duì)要快（實(shí)際上細(xì)胞接種數(shù)量大時(shí)細(xì)胞增殖速度比稀少時(shí)要快）。連續(xù)細(xì)胞系和腫瘤細(xì)胞系比初代培養(yǎng)細(xì)胞增殖快，培養(yǎng)液中血清含量多時(shí)細(xì)胞增殖比少時(shí)快。以上情況都會(huì)縮短傳代時(shí)間。 所謂細(xì)胞“一代”一詞，系僅指從細(xì)胞接種到分離再培養(yǎng)時(shí)的一段時(shí)間，這已成為培養(yǎng)工作中的一種習(xí)慣說法，它與細(xì)胞倍增一代非同一含義。如某一細(xì)胞系為第153代細(xì)胞，即指該細(xì)胞系已傳代153次。它與細(xì)胞世代（Generation）或倍增〔Doubling〕不同；在細(xì)胞一代中，細(xì)胞能倍增3～6次。 細(xì)胞傳一代后，一般要經(jīng)過以下三個(gè)階段： 1、潛伏期（Latent Phase）：細(xì)胞接種培養(yǎng)后，先經(jīng)過一個(gè)在培養(yǎng)液中呈懸浮狀態(tài)的懸浮期。此時(shí)細(xì)胞胞質(zhì)回縮，胞體呈圓球形。接著是細(xì)胞附著或貼附于底物表面上，稱貼壁，懸浮期結(jié)束。各種細(xì)胞貼附速度不同，這與細(xì)胞的種類、培養(yǎng)基成分和底物的理化性質(zhì)等密切相關(guān)。初代培養(yǎng)細(xì)胞貼附慢，可長達(dá)10～24小時(shí)或更多；連續(xù)細(xì)胞系和惡性細(xì)胞系快，10～30分鐘即可貼附。細(xì)胞貼附現(xiàn)象是一個(gè)非常復(fù)雜和與多種因素相關(guān)的過程。支持物能影響細(xì)胞的貼附；底物表面不潔不利貼附，底物表面帶有陽性電荷利于貼附。另外在貼附過程中，有一些特殊物質(zhì)如纖維連接素（Fibronectin），又稱LETS（Larger External Transformation Substance），細(xì)胞表面蛋白（Cell Surface Protein：CSP）等也參與貼附過程。這些物質(zhì)都是蛋白類成分，它們有的存在于細(xì)胞膜的表面（如CSP），有的則來自培養(yǎng)基中的血清（LETS）。近年又從各種不同組織和生物成分中提取出了很多促貼附物質(zhì)。貼附是貼附類細(xì)胞生長增殖條件之一。 細(xì)胞貼附于支持物后，除先經(jīng)過前述延展過程變成極性細(xì)胞，還要經(jīng)過一個(gè)潛伏階段，才進(jìn)入生長和增殖期。細(xì)胞處在潛伏期時(shí)，可有運(yùn)動(dòng)活動(dòng)，基本無增殖，少見分裂相。細(xì)胞潛伏期與細(xì)胞接種密度、細(xì)胞種類和培養(yǎng)基性質(zhì)等密切相關(guān)。初代培養(yǎng)細(xì)胞潛伏期長，約24～96小時(shí)或更長，連續(xù)細(xì)胞系和腫瘤細(xì)胞潛伏期短，僅6～24小時(shí)；細(xì)胞接種密度大時(shí)潛伏期短。當(dāng)細(xì)胞分裂相開始出現(xiàn)并逐漸增多時(shí)，標(biāo)志細(xì)胞已進(jìn)入指數(shù)增生期。 2、指數(shù)增生期（Logarithmic growth Phase）：這是細(xì)胞增值最旺盛的階段，細(xì)胞分裂相增多。指數(shù)增生期細(xì)胞分裂相數(shù)量可作為判定細(xì)胞生長旺盛與否的一個(gè)重要標(biāo)志。一般以細(xì)胞分裂（Mitotic Index：MI）表示，即細(xì)胞群中每1000個(gè)細(xì)胞中的分裂相數(shù)。體外培養(yǎng)細(xì)胞分裂指數(shù)受細(xì)胞種類、培養(yǎng)液成分、pH、培養(yǎng)箱溫度等多種因素的影響。一般細(xì)胞的分裂指數(shù)介于0.1%～0.5%，初代細(xì)胞分裂指數(shù)低，連續(xù)細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞分裂指數(shù)可高達(dá)3%～5%。pH和培養(yǎng)液血清含量變動(dòng)對(duì)細(xì)胞分裂指數(shù)有很大影響。指數(shù)增生期是細(xì)胞一代中活力最好的時(shí)期，因此是進(jìn)行各種實(shí)驗(yàn)最好的和最主要的階段。在接種細(xì)胞數(shù)量適宜情況下，指數(shù)增生期持續(xù)3～5天后，隨細(xì)胞數(shù)量不斷增多、生長空間漸趨減少、最后細(xì)胞相互接觸匯合成片。細(xì)胞相互接觸后，如培養(yǎng)的是正常細(xì)胞，由于細(xì)胞的相互接觸能抑制細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)，這種現(xiàn)象稱接觸抑制（Contact Inhibition）。而惡性細(xì)胞則無接觸抑制現(xiàn)象，因此接觸抑制可作為區(qū)別正常與癌細(xì)胞標(biāo)志之一。腫瘤細(xì)胞由于無接觸抑制能繼續(xù)移動(dòng)和增殖，導(dǎo)致細(xì)胞向三維空間擴(kuò)展，使細(xì)胞發(fā)生堆積（Piled up）。細(xì)胞接觸匯合成片后，雖發(fā)生接觸抑制，只要營養(yǎng)充分，細(xì)胞仍然能夠進(jìn)行增殖分裂，因此細(xì)胞數(shù)量仍在增多。但當(dāng)細(xì)胞密度進(jìn)一步增大，培養(yǎng)液中營養(yǎng)成分減少，代謝產(chǎn)物增多時(shí)，細(xì)胞因營養(yǎng)的枯竭和代謝物的影響，則發(fā)生密度抑制（Density Inhibition），導(dǎo)致細(xì)胞分裂停止。因此細(xì)胞接觸抑制和密度抑制是兩個(gè)不同的概念，不應(yīng)混淆。 3、停滯期（Stagnate Phase）：細(xì)胞數(shù)量達(dá)飽和密度后，細(xì)胞遂停止增殖，進(jìn)入停滯期。此時(shí)細(xì)胞數(shù)量不再增加，故也稱平頂期（Plateau）。停滯期細(xì)胞雖不增殖，但仍有代謝活動(dòng)，繼而培養(yǎng)液中營養(yǎng)漸趨耗盡，代謝產(chǎn)物積累、pH降低。此時(shí)需做分離培養(yǎng)即傳代，否則細(xì)胞會(huì)中毒，發(fā)生形態(tài)改變，重則從底物脫落死亡，故傳代應(yīng)越早越好。傳代過晚（已有中毒跡象）能影響下一代細(xì)胞的機(jī)能狀態(tài)。在這種情況下，雖進(jìn)行了傳代，因細(xì)胞已受損，需要恢復(fù)，至少還要再傳1～2兩代，通過換液淘汰掉死細(xì)胞和使受損輕微的細(xì)胞得以恢復(fù)后，才能再用。結(jié)果反而耽誤了時(shí)間，這是在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)特別注意的。 四、原代培養(yǎng):即第一次培養(yǎng)，是指將培養(yǎng)物放置在體外生長環(huán)境中持續(xù)培養(yǎng)，中途不分割培養(yǎng)物的培養(yǎng)過程。有幾方面含義： 培養(yǎng)物一經(jīng)接種到培養(yǎng)器皿（瓶）中就不在分割，任其生長繁殖； 原代培養(yǎng)中的“代”并非細(xì)胞的“代”數(shù)，因?yàn)榕囵B(yǎng)過程中細(xì)胞經(jīng)多次分裂已經(jīng)產(chǎn)生多代子細(xì)胞； 原代培養(yǎng)過程中不分割培養(yǎng)物不等于不更換培養(yǎng)液，也不等于不更換培養(yǎng)器皿。 正常細(xì)胞培養(yǎng)的世代數(shù)有限，只有癌細(xì)胞和發(fā)生轉(zhuǎn)化的細(xì)胞才能無限生長下去。所謂轉(zhuǎn)化即是指正常細(xì)胞在某種因子的作用下發(fā)生突變而具有癌性的細(xì)胞。目前世界上許多實(shí)驗(yàn)室所廣泛傳用的HeLa細(xì)胞系就是1951年從一位名叫Henrietta Lacks的婦女身上取下的宮頸癌細(xì)胞培養(yǎng)而成。此細(xì)胞系一直延用至今。 原代培養(yǎng)的細(xì)胞一般傳至10代左右就不易傳下去了，細(xì)胞的生長就會(huì)出現(xiàn)停滯，大部分細(xì)胞衰老死亡。但是有極少數(shù)的細(xì)胞能夠度過“危機(jī)”而繼續(xù)傳下去，這些存活的細(xì)胞一般能夠傳到40～50代，這種傳代細(xì)胞叫做細(xì)胞株。細(xì)胞株的遺傳物質(zhì)沒有發(fā)生改變,在培養(yǎng)過程中其特征始終保持。當(dāng)細(xì)胞株傳至50代以后又會(huì)出現(xiàn)“危機(jī)”，不能再傳下去。但是有部分細(xì)胞的遺傳物質(zhì)發(fā)生了改變，并且?guī)в邪┳兊奶攸c(diǎn)，有可能在培養(yǎng)條件下無限制地傳代下去，這種傳代細(xì)胞稱為細(xì)胞系。 原代培養(yǎng)是建立各種細(xì)胞系（株）必經(jīng)的階段，其是否成功與組織污染與否、供體年齡、培養(yǎng)技術(shù)和方法、適宜培養(yǎng)基的選擇等多種因素有關(guān)。由于原代培養(yǎng)的細(xì)胞轉(zhuǎn)化性極小，對(duì)病毒敏感性好，因此適應(yīng)制備疫苗等生物制品；但也存在有潛在外源因子、不能事先檢查標(biāo)本、且受供體年齡健康狀況的影響而導(dǎo)致批間差異大等缺陷。目前常用的原代細(xì)胞培養(yǎng)有雞胚成纖維細(xì)胞及豬腎、猴腎、地鼠腎等原代細(xì)胞。 原代培養(yǎng)的基本過程包括取材、培養(yǎng)材料的制備、接種、加培養(yǎng)液、置培養(yǎng)條件下培養(yǎng)等步驟，在所有的操作過程中，都必須保持培養(yǎng)物及生長環(huán)境的無菌。 多數(shù)情況下，分散的細(xì)胞若屬于貼壁依賴型細(xì)胞，就能黏附、鋪展于培養(yǎng)器皿和載體表面生長而形成細(xì)胞單層，這種培養(yǎng)方式稱為單層細(xì)胞培養(yǎng)（monolayer culture），又叫貼壁培養(yǎng)（adherent culture）。少數(shù)情況下，培養(yǎng)的細(xì)胞沒有貼壁依賴性，可通過專門設(shè)備使細(xì)胞始終處于懸狀態(tài)而在體外生長，這種形式稱為懸浮培養(yǎng)（suspension culture）。如何讓接種的細(xì)胞盡快貼壁，是決定培養(yǎng)成功的關(guān)鍵步驟： 取決于適當(dāng)?shù)纳L基質(zhì)表面； 可降低接種后培養(yǎng)液對(duì)細(xì)胞的浮力，如先少補(bǔ)加少量培養(yǎng)液，待細(xì)胞貼壁后再補(bǔ)足營養(yǎng)液繼續(xù)培養(yǎng)； 注意適當(dāng)?shù)募?xì)胞接種密度，一般105個(gè)/ml左右。 五、傳代培養(yǎng):當(dāng)原代培養(yǎng)成功以后，隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長和細(xì)胞不斷分裂，一則細(xì)胞之間相互接觸而發(fā)生接觸性抑制，生長速度減慢甚至停止；另一方面也會(huì)因營養(yǎng)物不足和代謝物積累而不利于生長或發(fā)生中毒。此時(shí)就需要將培養(yǎng)物分割成小的部分，重新接種到另外的培養(yǎng)器皿（瓶）內(nèi)，再進(jìn)行培養(yǎng)。這個(gè)過程就稱為傳代（passage）或者再培養(yǎng)（subculture）。對(duì)單層培養(yǎng)而言，80%匯合或剛匯合的細(xì)胞是較理想的傳代階段。 體外培養(yǎng)技術(shù)中所謂的傳“代”概念并不等于細(xì)胞生物學(xué)中“親代細(xì)胞”與“子代細(xì)胞”中“代”的概念。傳代培養(yǎng)的實(shí)質(zhì)就是分割后再一次培養(yǎng)，可以相對(duì)地衡量培養(yǎng)物的培養(yǎng)年齡。 六、生長曲線:細(xì)胞接種入培養(yǎng)瓶后，先進(jìn)入2-24h的延遲期（lag period），然后進(jìn)入指數(shù)生長期（即對(duì)數(shù)期）（log phase），匯合成單層進(jìn)入緩慢生長或停滯期（即平臺(tái)期）（plateau lhase）。每種細(xì)胞系（cell line）的這些生長期（growth phase）都是特征性的，只要環(huán)境條件保持恒定，每一次測(cè)定結(jié)果應(yīng)該是可重復(fù)的。 第二節(jié) 細(xì)胞分離技術(shù) 一、從原代組織中分離細(xì)胞 將組織塊分離（散）成細(xì)胞懸液的方法有多種，最常用的是機(jī)械解離細(xì)胞法、酶學(xué)解離細(xì)胞法以及螯合劑解離細(xì)胞法。 從原代組織中獲得單細(xì)胞懸液的一般方法是酶解聚。細(xì)胞暴露在酶中的時(shí)間要盡可能的短，以保持最大的活性。下列步驟可以解聚整個(gè)組織，獲得較高產(chǎn)量的有活性細(xì)胞。 1、胰蛋白酶 (Trypsin) 在去除不需要的組織后，使用無菌的解剖刀和剪子把剩余的組織切成3~4mm小片，通過懸浮在無鈣鎂的平衡鹽溶液中清洗組織碎片。讓組織碎片沉淀，去除上清液。重復(fù)清洗2到3次。 將盛有組織碎片的容器置于冰上，去除殘留的上清液。加入0.25％溶解在無鈣鎂的平衡鹽溶液中的胰蛋白酶（100mg組織加入1ml 胰蛋白酶）。 在4℃孵育6到18小時(shí)，使幾乎沒有胰蛋白酶活性的酶盡可能滲透進(jìn)去。 移棄組織碎片中的胰蛋白酶，在37℃孵育包含殘留胰蛋白酶的組織碎片20到30分鐘。 在組織碎片加入熱的完全培養(yǎng)基，用移液管輕輕地分散組織。如果使用無血清培養(yǎng)基，要加入大豆胰蛋白酶抑制劑。 通過無菌不銹鋼絲網(wǎng)（100～200mm）過濾，分散所有剩余組織。計(jì)數(shù)和接種細(xì)胞，進(jìn)行培養(yǎng)。 2、膠原酶 (Collagenase) 用無菌解剖刀和剪子把剩余組織切成3~4mm小片，用Hanks'平衡液（HBSS）清洗組織碎片幾次。 加入膠原酶（50～200單位/ml，溶解在HBSS中）。 在37℃孵育4到18小時(shí)。加入3mM CaCl2增加解離效率。 通過無菌不銹鋼絲網(wǎng)或尼龍網(wǎng)過濾細(xì)胞懸液，以分離分散細(xì)胞、組織碎片和較大的碎片。如果需要進(jìn)一步的解聚，在碎片中加入新鮮的膠原酶。 通過離心在HBSS中清洗懸液幾次。 再一次在培養(yǎng)基中懸浮細(xì)胞，計(jì)數(shù)和接種細(xì)胞，進(jìn)行培養(yǎng)。 3、Dispase 用無菌解剖刀和剪子把剩余組織切成3~4mm小片，用不含鈣鎂的平衡鹽溶液清洗組織碎片幾次。加入Dispase（0.6～2.4單位/ml 溶解在無鈣鎂的平衡鹽溶液）在37℃孵育20分鐘到幾個(gè)小時(shí)。 通過無菌不銹鋼絲網(wǎng)或尼龍網(wǎng)過濾細(xì)胞懸液，以分離分散細(xì)胞、組織碎片和較大的碎片。如果需要進(jìn)一步的解聚，在碎片中加入新鮮的Dispase。通過離心在平衡鹽溶液中清洗懸液幾次。再一次在培養(yǎng)基中懸浮細(xì)胞，計(jì)數(shù)和接種細(xì)胞，進(jìn)行培養(yǎng)。 二、從原培養(yǎng)容器中分離細(xì)胞:以下是從基層迅速分離細(xì)胞，且保持細(xì)胞完整性的一般步驟。這一步驟并不意味著對(duì)于所有細(xì)胞系的廣泛應(yīng)用，每一種系統(tǒng)最佳條件和施用濃度應(yīng)該根據(jù)經(jīng)驗(yàn)加以確定。再次培養(yǎng)時(shí)檢測(cè)細(xì)胞的活性。細(xì)胞的活率應(yīng)該超過90％對(duì)于無血清培養(yǎng)基，降低胰蛋白酶使用量。 1、移棄使用過的細(xì)胞培養(yǎng)基。 2、使用不包含有鈣鎂的平衡鹽溶液或EDTA(ethylene diamine tetraacetic acid，乙二胺四乙酸.)清洗細(xì)胞（看表確定正確的清洗溶液）。在培養(yǎng)瓶對(duì)著細(xì)胞的一面加入清洗溶液，通過轉(zhuǎn)動(dòng)培養(yǎng)瓶1到2分鐘清洗細(xì)胞層，然后去除清洗液。 3、以2～3ml/25cm2的量，加選擇的分離液(見表)到培養(yǎng)瓶對(duì)著細(xì)胞的一面。確保分離液覆蓋細(xì)胞層。在37℃孵育培養(yǎng)瓶，輕輕搖動(dòng)培養(yǎng)瓶。通常，在5到15分鐘內(nèi)，細(xì)胞就會(huì)脫落。細(xì)胞分離需要的時(shí)間因細(xì)胞系不同而有所變化。仔細(xì)監(jiān)測(cè)細(xì)胞分離過程，避免細(xì)胞受損傷。對(duì)難于從培養(yǎng)瓶基層分離的細(xì)胞系，可以輕輕敲打，以加速分離過程。 4、當(dāng)細(xì)胞完全分離時(shí)，垂直放置培養(yǎng)瓶，讓細(xì)胞流到培養(yǎng)瓶的底部。在培養(yǎng)瓶中加入完全培養(yǎng)基，通過移液管在單層細(xì)胞表面反復(fù)吹打來分散細(xì)胞。計(jì)數(shù)并再次培養(yǎng)細(xì)胞。 5、對(duì)于無血清培養(yǎng)基，加入大豆胰蛋白酶抑制劑。通常使用1∶1（v∶v）0.25mg/ml胰蛋白酶抑制劑到胰蛋白酶中將抑制胰蛋白酶活性。 第三節(jié) 細(xì)胞的凍存與復(fù)蘇 為了防止因污染或技術(shù)原因使長期培養(yǎng)功虧一簣，考慮到培養(yǎng)細(xì)胞因傳代而遲早會(huì)出現(xiàn)變異，有時(shí)因寄贈(zèng)、交換和購買，培養(yǎng)細(xì)胞從一個(gè)實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)運(yùn)到另一個(gè)實(shí)驗(yàn)室，最佳的策略是進(jìn)行低溫保存。這對(duì)于維持一些特殊細(xì)胞株的遺傳特性極為重要?，F(xiàn)簡(jiǎn)要介紹深低溫保存法(－70℃~－196℃)的特點(diǎn)。細(xì)胞深低溫保存的基本原理是：在－70℃以下時(shí)，細(xì)胞內(nèi)的酶活性均己停止，即代謝處于完全停止?fàn)顟B(tài)，故可以長期保存。細(xì)胞低溫保存的關(guān)鍵，在于通過0~20℃階段的處理過程。在此溫度范圍內(nèi)，水晶呈針狀，極易招致細(xì)胞的嚴(yán)重?fù)p傷。 一、細(xì)胞的凍存：為避免污染造成的損失，最小化連續(xù)細(xì)胞系的遺傳改變和避免有限細(xì)胞系的老化和轉(zhuǎn)化，需要凍存哺乳細(xì)胞。凍存細(xì)胞前，細(xì)胞應(yīng)該特性化并檢查是否污染。 有幾種普通培養(yǎng)基用來凍存細(xì)胞。對(duì)于包含有血清的培養(yǎng)基，成分可能如下： 包含10％甘油的完全培養(yǎng)基， 包含10％二甲基亞砜（DMSO）的完全培養(yǎng)基， 50％ 細(xì)胞條件培養(yǎng)基和50％含有10％甘油的新鮮培養(yǎng)基，或 50％ 細(xì)胞條件培養(yǎng)基和50％含有10％二甲基亞砜的新鮮培養(yǎng)基。 對(duì)于無血清培養(yǎng)基，一些普通的培養(yǎng)基成分可能是： 50％ 細(xì)胞條件無血清培養(yǎng)基和50％包含有7.5％二甲基亞砜的新鮮的無血清培養(yǎng)基，或 包含有7.5％二甲基亞砜和10％細(xì)胞培養(yǎng)級(jí)BSA的新鮮無血清培養(yǎng)基。 1、懸浮細(xì)胞 計(jì)數(shù)將要凍存的活細(xì)胞。細(xì)胞應(yīng)該處于對(duì)數(shù)生長期。以大約200～400g離心5分鐘沉淀細(xì)胞，使用移液管移去上清到最小體積，不要攪亂細(xì)胞。 以1×107到5×107細(xì)胞/ml密度，在包含有血清的冷凍培養(yǎng)基中再次懸浮細(xì)胞，或者以0.5×107到1×1027在無血清培養(yǎng)基中，再次懸浮細(xì)胞。 分裝進(jìn)凍存管，將凍存管置于濕冰上或放入4℃冰箱中，5分鐘內(nèi)開始冷凍步驟。 細(xì)胞以1℃/分鐘進(jìn)行冷凍，可以通過可編程序的冷凍器進(jìn)行或者把隔離盒中的凍存管放到-70℃到-90℃的冰箱中，然后轉(zhuǎn)移到液氮中貯存。 2、貼壁細(xì)胞 使用分離試劑從基層分離細(xì)胞，分離時(shí)盡可能溫和，使對(duì)細(xì)胞的損傷減少到最小。 在完全生長培養(yǎng)基中，再次懸浮分離細(xì)胞，確定有活力細(xì)胞數(shù)。 以大約200g離心5分鐘沉淀細(xì)胞。使用移液管移去上清到最小體積，不要攪亂細(xì)胞。 以5×106到1×106細(xì)胞/ml密度，在凍存液中懸浮細(xì)胞。 分裝進(jìn)凍存管，將凍存管置于濕的冰上或放入4℃冰箱中，5分鐘內(nèi)開始冷凍步驟。 細(xì)胞以1℃/分鐘進(jìn)行冷凍，可以通過可編程序的冷凍器進(jìn)行或者把隔離盒中的凍存管放到-70℃到-90℃的冰箱中，然后轉(zhuǎn)移到液氮中貯存。 二、凍存細(xì)胞的復(fù)蘇:凍存細(xì)胞較脆弱，要輕柔操作。凍存細(xì)胞要快速融化，并直接加入完全生長培養(yǎng)基中。若細(xì)胞對(duì)凍存劑（DMSO或甘油）敏感，離心去除凍存培養(yǎng)基，然后加入完全生長培養(yǎng)基中。 1、直接鋪板方法 取出貯存細(xì)胞，37℃水浴中快速融化。 直接用完全生長培養(yǎng)基鋪板細(xì)胞。1ml凍存細(xì)胞使用10~20ml完全生長培養(yǎng)基。進(jìn)行活細(xì)胞計(jì)數(shù)，細(xì)胞接種應(yīng)該至少在3×105活細(xì)胞/ml。培養(yǎng)細(xì)胞12到24小時(shí)，更換新鮮的完全生長培養(yǎng)基，去除凍存劑。 2、離心方法 取出貯存細(xì)胞，37℃水浴中快速融化。 把1到2ml凍存細(xì)胞加入到大約25ml完全生長培養(yǎng)基，輕輕混勻。 以大約80x g離心2到3分鐘。 棄去上清。 在完全生長培養(yǎng)基輕輕再次懸浮細(xì)胞，并且進(jìn)行活細(xì)胞計(jì)數(shù)。 細(xì)胞鋪板，細(xì)胞接種應(yīng)該至少為3×105活細(xì)胞/ml。 三、細(xì)胞的分化、衰老與死亡 1、細(xì)胞的分化:一個(gè)成年人全身細(xì)胞總數(shù)約1012個(gè)，可以區(qū)分為200多種不同類型的細(xì)胞：形態(tài)結(jié)構(gòu)，代謝，行為，功能等各不相同。追根溯源，這么多種細(xì)胞均來自一個(gè)受精卵細(xì)胞。所以，通常把發(fā)育過程中，細(xì)胞后代在形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能上發(fā)生差異的過程稱為細(xì)胞分化。細(xì)胞分化發(fā)生在胚胎階段，也發(fā)生在胎兒出生以后，乃至成人階段。例如，人體血細(xì)胞的產(chǎn)生和分化，這個(gè)過程在人的一生中一直持續(xù)著。 由旺盛生長不斷分裂的細(xì)胞，轉(zhuǎn)入分化，通常從細(xì)胞周期中G1期開始時(shí)一個(gè)確定的點(diǎn)G0點(diǎn)“逃逸”出細(xì)胞周期。旺盛生長分裂的細(xì)胞和各種分化了的細(xì)胞，它們的基因表達(dá)和代謝活動(dòng)各不相同。 2、細(xì)胞的衰老:體外細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)證明： 成纖維細(xì)胞：來自胎兒傳代50次后衰老死亡,來自成人傳代20次后衰老死亡(與具體年齡有關(guān));來自小鼠傳代14--28次后衰老死亡,來自烏龜傳代90--125次后衰老死亡。 細(xì)胞衰老過程中會(huì)發(fā)生一系列的變化，包括：蛋白質(zhì)合成速度降低，已有蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)變化，特異蛋白質(zhì)成份出現(xiàn)；同時(shí)，細(xì)胞核，線粒體，膜系統(tǒng)、骨架系統(tǒng)等都有結(jié)構(gòu)、功能的改變。 細(xì)胞衰老原因，尚無定論，出現(xiàn)過好幾種理論與假說，其中得到較廣泛認(rèn)可的是“自由基損傷假說”。 3、細(xì)胞凋亡:細(xì)胞的死亡是個(gè)體存活的正?，F(xiàn)象，常見的細(xì)胞死亡形式有3種：壞死、凋亡和細(xì)胞毒性。多細(xì)胞生物的生命活動(dòng)中，因?yàn)榄h(huán)境因素的突然變化或病原物的入侵，導(dǎo)致一部分細(xì)胞死去，稱為細(xì)胞的病理死亡，或細(xì)胞壞死。壞死是細(xì)胞暴露于嚴(yán)重的物理或化學(xué)刺激時(shí)導(dǎo)致的細(xì)胞死亡；細(xì)胞毒性是由細(xì)胞或者化學(xué)物質(zhì)引起的單純的細(xì)胞殺傷事件，不依賴于其它兩種細(xì)胞死亡機(jī)理，如殺傷T細(xì)胞的細(xì)胞毒性作用。 還有一種情況，一部分細(xì)胞的死亡是生物個(gè)體正常生命活動(dòng)（代謝、生長、發(fā)育、分化）的一個(gè)必要部分；似乎帶有“犧牲局部，保全整體”的意味。這種情況下的細(xì)胞死亡，明顯地受遺傳控制，稱為細(xì)胞凋亡。 凋亡（Apoptosis）則是程序性的、正常的細(xì)胞死亡，是機(jī)體清除無用的或者不想要的細(xì)胞的手段。它與細(xì)胞壞死是兩個(gè)截然不同的過程，無論從形態(tài)學(xué)、生物學(xué)還是生化的特征來說，都有明顯的區(qū)別。細(xì)胞凋亡現(xiàn)象普遍存在于生物界。細(xì)胞凋亡與細(xì)胞增殖、分化和衰老起著互補(bǔ)與平衡的作用，在多細(xì)胞動(dòng)物的發(fā)育、形態(tài)建成與維持中扮演至關(guān)重要的角色。作為細(xì)胞的一種基本生命現(xiàn)象，凋亡失控的結(jié)果將是可怕的：凋亡不足時(shí)，易發(fā)生癌變、病毒性疾病和自身免疫疾病；而凋亡過量則可能產(chǎn)生獲得性免疫缺陷綜合征（HIV）、重癥肝炎與退行性神經(jīng)疾病，如老年性癡呆癥（Alzheimer's disease）、帕金森氏癥（Parkinson's disease）。因此研究細(xì)胞凋亡及其機(jī)理具有重要的理論和實(shí)踐意義。 細(xì)胞凋亡與壞死的區(qū)別 壞死 ： 形態(tài)學(xué)特征-膜完整性喪失，胞漿和線粒體膨脹，全細(xì)胞裂解。 生化特征-離子內(nèi)環(huán)境失調(diào)：非能量依賴性的（被動(dòng)過程，在4°C也可以發(fā)生），隨機(jī)消化DNA（電泳顯示為DNA彌散狀態(tài)），Postlytic DNA斷裂。 生理學(xué)特征-影響群組細(xì)胞：由非生理學(xué)因素引起（如補(bǔ)體攻擊、代謝中毒、缺氧等），被巨噬細(xì)胞吞噬，周圍有明顯的炎癥反應(yīng)。 凋亡 ： 形態(tài)學(xué)特征-胞膜出芽，但保持完整，染色體聚集在核膜周邊，胞漿收縮、細(xì)胞核凝集，最后細(xì)胞分裂為凋亡小體，Bcl-2家族蛋白導(dǎo)致線粒體膜通透性增加。 生化特征--ATP依賴性的（主動(dòng)過程，在4°C不能發(fā)生），以核小體為單位剪切DNA（電泳顯示為DNA ladder），Prelytic DNA 斷裂,線粒體釋放多種因子至胞漿中（細(xì)胞色素c、AIF），Caspases級(jí)聯(lián)活化，膜對(duì)稱性改變（PS外翻） 生理學(xué)特征--只影響單個(gè)細(xì)胞，由生理學(xué)刺激誘導(dǎo)（如生長因子缺乏、激素環(huán)境改變等），被臨近細(xì)胞和巨噬細(xì)胞吞噬，無炎癥反應(yīng)。 第四節(jié) 細(xì)胞計(jì)數(shù)及活力測(cè)定 一、原理 培養(yǎng)的細(xì)胞在一般條件下要求有一定的密度才能生長良好，所以要進(jìn)行細(xì)胞計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)結(jié)果以每毫升細(xì)胞數(shù)表示。細(xì)胞計(jì)數(shù)的原理和方法與血細(xì)胞計(jì)數(shù)相同。 在細(xì)胞群體中總有一些因各種原因而死亡的細(xì)胞，總細(xì)胞中活細(xì)胞所占的百分比叫做細(xì)胞活力，由組織中分離細(xì)胞一般也要檢查活力，以了解分離的過程對(duì)細(xì)胞是否有損傷作用。復(fù)蘇后的細(xì)胞也要檢查活力，了解凍存和復(fù)蘇的效果。 用臺(tái)盼蘭染細(xì)胞，死細(xì)胞著色，活細(xì)胞不著色，從而可以區(qū)分死細(xì)胞與活細(xì)胞。利用細(xì)胞內(nèi)某些酶與特定的試劑發(fā)生顯色反應(yīng)，也可測(cè)定細(xì)胞相對(duì)數(shù)和相對(duì)活力。 二、儀器、用品與試劑 1、儀器與用品：普通顯微鏡、血球計(jì)數(shù)板、試管、吸管、酶標(biāo)儀（或分光光度計(jì)） 2、試劑：0.4％臺(tái)盼蘭，0.5％四甲基偶氮唑鹽（MTT）、酸化異丙醇 3、材料：細(xì)胞懸液 三、操作步驟 （一）細(xì)胞計(jì)數(shù) 1、將血球計(jì)數(shù)板及蓋片用擦試干凈，并將蓋片蓋在計(jì)數(shù)板上。 2、將細(xì)胞懸液吸出少許，滴加在蓋片邊緣，使懸液充滿蓋片和計(jì)數(shù)板之間。 3、靜置3分鐘。 4、鏡下觀察，計(jì)算計(jì)數(shù)板四大格細(xì)胞總數(shù)，壓線細(xì)胞只計(jì)左側(cè)和上方的。然后按下式計(jì)算： 細(xì)胞數(shù)/ml＝4大格細(xì)胞總數(shù)/ 4×10000 注意：鏡下偶見由兩個(gè)以上細(xì)胞組成的細(xì)胞團(tuán)，應(yīng)按單個(gè)細(xì)胞計(jì)算，若細(xì)胞團(tuán)占10%以上，說明分散不好，需重新制備細(xì)胞懸液。 （二）細(xì)胞活力 1、將細(xì)胞懸液以0.5ml加入試管中。 2、加入0.5ml 0.4%臺(tái)盼蘭染液，染色2一3分鐘。 3、吸取少許懸液涂于載玻片上，加上蓋片。 4、鏡下取幾個(gè)任意視野分別計(jì)死細(xì)胞和活細(xì)胞數(shù)，計(jì)細(xì)胞活力。 死細(xì)胞能被臺(tái)盼蘭染上色，鏡下可見深蘭色的細(xì)胞，活細(xì)胞不被染色，鏡下呈無色透明狀。 活力測(cè)定可以和細(xì)胞計(jì)數(shù)合起來進(jìn)行，但要考慮到染液對(duì)原細(xì)胞懸液的加倍稀釋作用。 （三）MTT法測(cè)細(xì)胞相對(duì)數(shù)和相對(duì)活力 活細(xì)胞中的琥珀酸脫氫酶可使MTT分解產(chǎn)生蘭色結(jié)晶狀甲贊顆粒積于細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞周圍。其量與細(xì)胞數(shù)呈正比，也與細(xì)胞活力呈正比。 l、細(xì)胞懸液以1000rpm離心10分鐘，棄上清液。 2、沉淀加入0.5－1ml MTT，吹打成懸液。 3、37℃下保溫2小時(shí)。 4、加入4—5 ml酸化異丙醇（定容）。打勻。 5、1000 rpm離心，取上清液酶標(biāo)儀或分光光度計(jì)570nm比色，酸化異丙醇調(diào)零點(diǎn)。 注意：MTT法只能測(cè)定細(xì)胞相對(duì)數(shù)和相對(duì)活力，不能測(cè)定細(xì)胞絕對(duì)數(shù)。 第五節(jié) 細(xì)胞的分裂指數(shù) 一、原理：體外培養(yǎng)細(xì)胞生長、分裂繁殖的能力，可用分裂指數(shù)來表示。它與生長曲線有一定的聯(lián)系，如隨著分裂指數(shù)的不斷提高，細(xì)胞也就進(jìn)入了指數(shù)生長期。分裂指數(shù)指細(xì)胞群體中分裂細(xì)胞所占的百分比，它是測(cè)定細(xì)胞周期的一個(gè)重要指標(biāo)，也是不同實(shí)驗(yàn)研究選擇細(xì)胞的重要依據(jù)。 二、儀器、用品與試劑 1、儀器與用品：CO2培養(yǎng)箱、普通顯微鏡、細(xì)胞培養(yǎng)血、蓋玻片、吸管 2、試劑：培養(yǎng)液、胰酶、甲醇、冰醋酸、Giemsa染液 三、操作步驟 1、消化細(xì)胞，將細(xì)胞懸液接至內(nèi)含蓋玻片的培養(yǎng)皿中。 2、CO2培養(yǎng)箱中培養(yǎng)48小時(shí)，使細(xì)胞長在蓋片上。 3、取出蓋片，按下列順序操作： PBS漂洗3分鐘→甲醇：冰醋酸=3：1固定液中固定30分鐘→Giemsa液染色10分鐘→自來水沖洗。 4、蓋片晾干后反扣在載玻片上，鏡檢。 5、計(jì)算: 分裂指數(shù)=分裂細(xì)胞數(shù)/總細(xì)胞數(shù)×100% 四、注意事項(xiàng);操作時(shí)動(dòng)作要輕，以免使蓋片上的細(xì)胞脫落。 第六節(jié) 細(xì)胞周期的測(cè)定 一、原理:細(xì)胞周期指細(xì)胞一個(gè)世代所經(jīng)歷的時(shí)間。從一次細(xì)胞分裂結(jié)束到下一次分裂結(jié)束為一個(gè)周期。細(xì)胞周期反應(yīng)了細(xì)胞增殖速度。 單個(gè)細(xì)胞的周期測(cè)定可采用縮時(shí)攝影的方法，但它不能代表細(xì)胞群體的周期，故現(xiàn)多采用其他方法測(cè)群體周期。測(cè)定細(xì)胞周期的方法很多，有同位素標(biāo)記法、細(xì)胞計(jì)數(shù)法等，這里介紹一種利用BrdU滲入測(cè)定細(xì)胞周期的方法。 BrdU（5-溴脫氧尿嘧啶核苷）加入培養(yǎng)基后，可做為細(xì)胞DNA復(fù)制的原料，經(jīng)過兩個(gè)細(xì)胞周期后，細(xì)胞中兩條單鏈均含BrdU的DNA將占l/2，反映在染色體上應(yīng)表現(xiàn)為一條單體淺染。如經(jīng)歷了三個(gè)周期，則染色體中約一半為兩條單體均淺染，另一半為一深一淺。細(xì)胞如果僅經(jīng)歷了一個(gè)周期，則兩條單體均深染。計(jì)分裂相中各期比例，就可算出細(xì)胞周期的值。 二、儀器、用品與試劑 1、儀器、用品：同常規(guī)細(xì)胞培養(yǎng) 2、試劑：BrdU（1.0mg/ml），甲醇、冰醋酸，Giemsa染液，秋水仙素，2×SSC液 三、操作步驟 1、細(xì)胞生長至指數(shù)期時(shí)，向培養(yǎng)液中加入BrdU，使最終濃度為10μg/ml。 2、44小時(shí)加秋水仙素，使每ml中含0.1μg。 3、48小時(shí)后常規(guī)消化細(xì)胞至離心管中，注意培養(yǎng)上清的漂浮細(xì)胞也要收集到離心管中。 4、常規(guī)染色體制片（見第三部分：染色體技術(shù)）。 5、染色體玻片置56℃水浴鍋蓋上，鋪上2×SSC 液，距紫外燈管6cm處紫外照射30分鐘。 6、棄去2×SSC液，流水沖洗。 7、Giemsa液染色10分鐘，流水沖洗，晾干。 8、鏡檢100個(gè)分裂相，計(jì)第一、二、三、四細(xì)胞期分裂指數(shù)。 9、計(jì)算： 細(xì)胞周期（Tc）=48/{（M1+2M2+3M3+4M4）/100}（小時(shí)） 第七節(jié) 培養(yǎng)物的污染及防止 按現(xiàn)代的觀念，凡是混入培養(yǎng)環(huán)境中對(duì)細(xì)胞生存產(chǎn)生有害的成分和造成細(xì)胞不純的異物都應(yīng)該視為污染。根據(jù)這一概念，組織培養(yǎng)污染物應(yīng)包括生物（真菌、細(xì)菌、病毒和支原體）、化學(xué)物質(zhì)（影響細(xì)胞生存、非細(xì)胞所需的化學(xué)成分）、細(xì)胞（非同種的其他細(xì)胞）。其中一微生物最為多見。另外，隨著使用細(xì)胞種類增多，不同細(xì)胞交叉污染，尤其是Hela細(xì)胞的污染也時(shí)有發(fā)生，從而造成細(xì)胞不純。 一、污染途徑 污染物，特別是微生物常通過下列途徑進(jìn)入培養(yǎng)體系，造成污染 1、空氣：空氣是微生物及塵埃顆粒傳播的主要途徑?？諝饬鲃?dòng)性大，如果培養(yǎng)操作場(chǎng)地于外界隔離不嚴(yán)格或消毒不充分，外界不潔空氣很容易進(jìn)入造成污染。因此，培養(yǎng)設(shè)施不能設(shè)在通風(fēng)場(chǎng)所。無菌操作應(yīng)在凈化臺(tái)內(nèi)進(jìn)行，工作時(shí)要帶口罩，以免因講話、咳嗽等使外界污染進(jìn)入操作面，造成污染。 2、器材：各種培養(yǎng)器皿、器械消毒不徹底和洗刷不干凈導(dǎo)致污染，另外需要對(duì)培養(yǎng)箱進(jìn)行定期消毒，防止形成污染 3、操作：實(shí)驗(yàn)操作無菌觀念不強(qiáng)，技術(shù)不熟練，使用污染的器皿或封瓶不嚴(yán)等，都可以造成污染。培養(yǎng)兩種細(xì)胞以上時(shí)，操作不規(guī)范，交叉使用吸管或培養(yǎng)液、瓶等有可能導(dǎo)致細(xì)胞交叉污染。 4、血清：有些血清在生產(chǎn)時(shí)就已經(jīng)被支原體或病毒等污染，變成了污染。 5、組織樣本：原代培養(yǎng)的污染多數(shù)來源于組織樣本；取材時(shí)碘酒消毒后脫碘不徹底，可造成碘混入組織，細(xì)胞或培養(yǎng)液中，影響細(xì)胞細(xì)胞生長。 二、污染對(duì)培養(yǎng)細(xì)胞的影響及污染的檢測(cè) 由于體外培養(yǎng)細(xì)胞自身沒有抵抗污染的能力，而且培養(yǎng)基中的抗生素抗污染能力有限，因而培養(yǎng)細(xì)胞一旦發(fā)生污染多數(shù)將無法挽回。細(xì)胞污染早期或污染程度較輕時(shí)，如果能及時(shí)去除污染物，部分細(xì)胞有可能恢復(fù)、但是當(dāng)污染物持續(xù)存在培養(yǎng)環(huán)境中，輕者細(xì)胞生長緩慢，分類象減少，細(xì)胞變得粗糙，輪廓增強(qiáng)細(xì)胞漿出現(xiàn)顆粒、污染較嚴(yán)重，細(xì)胞增值停止，分裂象消失，細(xì)胞質(zhì)中出現(xiàn)大量堆積物，細(xì)胞變圓、脫壁。 （一）細(xì)菌污染對(duì)培養(yǎng)細(xì)胞的影響及污染物的檢測(cè) 常見的污染細(xì)菌有大腸桿菌、假單孢菌、葡萄球菌等。細(xì)菌污染初期由于培養(yǎng)體系的抗生素作用， 其繁殖處于抑制狀態(tài)，細(xì)胞生長不受明顯影響，污染情況用倒置顯微鏡觀察不易判斷。懷疑培養(yǎng)細(xì)胞有細(xì)菌污染時(shí)，取10ml細(xì)胞懸液離心1000轉(zhuǎn)5分鐘，沉淀中加入無抗生素培養(yǎng)液2ml,將細(xì)胞放培養(yǎng)箱培養(yǎng)。 如果培養(yǎng)無真的細(xì)菌污染，24小時(shí)內(nèi)可以獲得陽性結(jié)果。當(dāng)污染的細(xì)菌量比較大或者細(xì)菌增殖到一定基數(shù)時(shí)，大約每20分鐘一代，會(huì)使培養(yǎng)系統(tǒng)中很快產(chǎn)生大量細(xì)菌，后者不僅可以消耗培養(yǎng)系統(tǒng)中的養(yǎng)分，還能釋放大量代謝產(chǎn)物。幾個(gè)小時(shí)后，增殖的細(xì)菌就可以導(dǎo)致培養(yǎng)液外觀渾濁，肉眼就可以判斷。細(xì)菌污染大多數(shù)可以改變培養(yǎng)液pH，使培養(yǎng)液變渾濁、變色。用相差顯微鏡觀察，可見滿視野都是點(diǎn)狀的細(xì)菌顆粒，原來的清晰培養(yǎng)背景變得模糊，大量的細(xì)菌甚至可以覆蓋細(xì)胞，對(duì)細(xì)胞的生存構(gòu)成威脅。用青霉素、鏈霉素可以預(yù)防細(xì)菌污染有效。 （二）真菌污染對(duì)細(xì)胞的影響及污染物的檢測(cè) 微生物污染中以真菌最多，真菌種類繁多，形態(tài)各異，但是污染后易于發(fā)現(xiàn)，大多呈白色或淺黃色小點(diǎn)漂浮于培養(yǎng)液表面，肉眼可見；有的散在生長，鏡下可見呈絲狀、管狀、樹枝狀，縱橫交錯(cuò)穿行于細(xì)胞之間。念珠菌和酵母菌卵圓形，散在細(xì)胞周邊和細(xì)胞之間生長。真菌生長迅速，能在短時(shí)間內(nèi)抑制細(xì)胞生長、產(chǎn)生有毒物質(zhì)殺死細(xì)胞。抗真菌制劑對(duì)預(yù)防和排除真菌污染有效。 （三）支原體污染對(duì)細(xì)胞影響及污染物的檢測(cè) 細(xì)胞培養(yǎng)（特別是傳代細(xì)胞）被支原體污染是個(gè)世界性問題,是細(xì)胞培養(yǎng)最常見的、干擾試驗(yàn)結(jié)果的一種污染。但由于不易被察覺，有些污染的細(xì)胞仍在被應(yīng)用。研究表明，95％以上是以下四種：口腔支原體（M.orale）、精氨酸支原體（M.arginini）、豬鼻支原體（M.hyorhinis）和萊氏無膽甾原體（A.laidlawii），為牛源性。以上是最常見的污染細(xì)胞培養(yǎng)的支原體菌群，但能夠污染細(xì)胞的支原體種類是很多的，國外調(diào)查證明，大約有二十多種支原體能污染細(xì)胞，有的細(xì)胞株可以同時(shí)污染兩種以上的支原體。據(jù)查，目前各實(shí)驗(yàn)室使用的二倍體細(xì)胞和傳代細(xì)胞中約有11%的細(xì)胞受到支原體污染。 污染來源包括工作環(huán)境污染、操作者本身污染（一些支原體在人體是正常菌群）、培養(yǎng)基污染、污染支原體的細(xì)胞造成的交叉污染、實(shí)驗(yàn)器材帶來的污染和用來制備細(xì)胞的原始組織或器官的污染。支原體污染后，因?yàn)樗鼈儾粫?huì)使細(xì)胞死亡可以與細(xì)胞長期共存，培養(yǎng)基一般不發(fā)生渾濁，細(xì)胞無明顯變化，外觀上給人以正常感覺，實(shí)則細(xì)胞手到多方面潛在影響，如引起細(xì)胞變形，影響DNA合成，抑制細(xì)胞生長等。 細(xì)胞培養(yǎng)中，主要從以下幾個(gè)方面來預(yù)防支原體的污染：控制環(huán)境污染；嚴(yán)格實(shí)驗(yàn)操作；細(xì)胞培養(yǎng)基和器材要保證無菌；在細(xì)胞培養(yǎng)基中加入適量的抗生素。 支原體污染細(xì)胞后，特別是重要的細(xì)胞株，有必要清除支原體，常用方法有抗生素處理、抗血清處理、抗生素加抗血清和補(bǔ)體聯(lián)合處理。支原體最突出的結(jié)構(gòu)特征是沒有細(xì)胞壁，一般來講，對(duì)作用于細(xì)胞壁生物合成的抗生素，如 -內(nèi)酰胺類、萬古霉素等完全不敏感；對(duì)多粘菌素（polymycin）、利福平、磺胺藥物普遍耐藥。對(duì)支原體最有抑制活性及常用于支原體感染治療的抗生素是四環(huán)素類、大環(huán)內(nèi)酯類及一些氟喹諾酮；其他類抗生素如氨基糖苷類、氯霉素對(duì)支原體有較小抑制作用，所以常不用來作為支原體感染的化學(xué)治療劑。 （四）細(xì)胞交叉污染對(duì)細(xì)胞的影響及污染物的檢測(cè) 細(xì)胞培養(yǎng)中，細(xì)胞間交叉污染并不罕見，多是由于在培養(yǎng)中操作時(shí)各種細(xì)胞同時(shí)進(jìn)行，混雜使用器皿和液體所致，這種污染能使細(xì)胞的生長特性、形態(tài)特征等發(fā)生變化，有些變化較輕、不易察覺，有些可能由于污染的細(xì)胞具有生長優(yōu)勢(shì)最終壓過原來細(xì)胞而導(dǎo)致細(xì)胞的生長抑制，最終死亡。常用觀察細(xì)胞形態(tài)學(xué)、分析生長特性和核型、檢測(cè)細(xì)胞的標(biāo)記物等方法檢測(cè)交叉污染的細(xì)胞。 三、污染的預(yù)防：防止污染，預(yù)防是關(guān)鍵，預(yù)防措施應(yīng)該貫穿整個(gè)細(xì)胞培養(yǎng)的始終。 1、器皿準(zhǔn)備中的預(yù)防：用于細(xì)胞培養(yǎng)的器皿應(yīng)該嚴(yán)格消毒，做到真正潔凈；應(yīng)該無菌的物品，要做到消毒嚴(yán)格、真正無菌；器皿的運(yùn)輸、貯存過程中，要嚴(yán)格操作，謹(jǐn)防污染。 2、開始操作前的預(yù)防：應(yīng)當(dāng)按廠家規(guī)定，定期清洗或更換超凈臺(tái)的空氣濾網(wǎng)，請(qǐng)專職人員定期檢查超凈臺(tái)的空氣凈化標(biāo)準(zhǔn)；檢查培養(yǎng)皿是否有消毒標(biāo)志，有條件得實(shí)驗(yàn)室可以使用一次性用品；檢查新配置的培養(yǎng)液，確認(rèn)無菌方可使用；操作前提前半小時(shí)啟動(dòng)超凈臺(tái)的紫外燈消毒；操作應(yīng)戴口罩，消毒雙手。 3、操作過程中的預(yù)防；主要包括：超凈臺(tái)內(nèi)放置的所有培養(yǎng)瓶瓶口不能與風(fēng)向相逆，不允許用手觸及器皿的無菌部分，如瓶口和瓶塞內(nèi)側(cè)；在安裝吸管冒、開啟或封閉瓶口操作時(shí)要經(jīng)過酒精燈燒灼，并在火焰附件工作；吸取培養(yǎng)液、細(xì)胞懸液等液體時(shí)，應(yīng)專管專用，防止污染擴(kuò)大或造成培養(yǎng)物的交叉污染；使用培養(yǎng)液前，不易較早開啟瓶口；開瓶后的培養(yǎng)瓶應(yīng)保持斜位，避免直立；不再使用的培養(yǎng)液應(yīng)立即封口；培養(yǎng)的細(xì)胞在處理之前不要過早的暴露空氣中；操作時(shí)不要交談、咳嗽，以防唾沫和呼出氣流引發(fā)污染；操作完畢后應(yīng)將工作臺(tái)面整理好，并消毒擦拭工作面，關(guān)閉超凈臺(tái)。 4、其他預(yù)防：及早凍存培養(yǎng)物；重要的細(xì)胞株傳代工作應(yīng)有兩個(gè)人獨(dú)立進(jìn)行；購入的未滅活血清應(yīng)采取56度水浴滅活30分鐘使血清的補(bǔ)體和支原體滅活；為了避免誘導(dǎo)抗藥細(xì)菌，應(yīng)定期更換培養(yǎng)系統(tǒng)的抗生素，或盡可能不用抗生素；對(duì)新購入的細(xì)胞株應(yīng)加強(qiáng)觀察，防止外來的污染源；定期消毒培養(yǎng)箱。 四、污染的排除:培養(yǎng)的細(xì)胞一旦污染應(yīng)及時(shí)處理，防止污染其他細(xì)胞。通常選高壓滅菌被污染的細(xì)胞，然后棄掉。如果有價(jià)值的細(xì)胞被污染，并且污染程度較輕，可以通過及時(shí)排除污染物，挽救細(xì)胞恢復(fù)正常。常用的排除微生物污染的方法有以下幾種： 1、抗生素排除法：抗生素是細(xì)胞培養(yǎng)中殺滅細(xì)菌的主要手段。各種抗生素性質(zhì)不同，對(duì)微生物作用也不同，聯(lián)合應(yīng)用比單用效果好，預(yù)防性應(yīng)用比污染后應(yīng)用好；如果發(fā)生微生物污染后再使用抗生素，常難以根除。有的抗生素對(duì)細(xì)菌僅有抑制作用，無殺滅效應(yīng)。反復(fù)使用抗生素還能使微生物產(chǎn)生耐藥性，而且對(duì)細(xì)胞本身也有一定影響，因此有人主張盡量不用抗生素處理，當(dāng)然，一些有價(jià)值的細(xì)胞被污染后，仍需要用抗生素挽救，在這種情況下，可采用5－10倍于常用量的沖擊法，加入高濃度抗生素后作用24－48小時(shí)，再換入常規(guī)的培養(yǎng)液，有時(shí)可以奏效。 2、加溫除菌：根據(jù)支原體耐熱性能差的特點(diǎn)。有人將受支原體污染的細(xì)胞置于41度中作用5－10小時(shí)（最長可以達(dá)18小時(shí)）殺滅支原體。但是41度對(duì)細(xì)胞本身應(yīng)有較大影響，故在處理前，應(yīng)先進(jìn)行預(yù)試驗(yàn)，確定最大限度殺傷支原體而對(duì)細(xì)胞影響較小的處理時(shí)間。 3、動(dòng)物體內(nèi)接種：受微生物污染的腫瘤細(xì)胞可以接種到同種動(dòng)物皮下或腹腔，借動(dòng)物體內(nèi)免疫系統(tǒng)消滅掉微生物，腫瘤細(xì)胞卻能在體內(nèi)生長，待一定時(shí)間，從體內(nèi)取出再進(jìn)行培養(yǎng)繁殖。 4、與巨噬細(xì)胞共培養(yǎng)：在良好的體外培養(yǎng)條件下巨噬細(xì)胞可以存活7－10天，并可以分泌一些細(xì)胞因子支持其他細(xì)胞的科隆生長。與體內(nèi)情況相似，巨噬細(xì)胞在體外條件下仍然可以吞噬微生物并將其消化。利用96孔板將極少培養(yǎng)細(xì)胞與巨噬細(xì)胞共培養(yǎng)，可以在高度稀釋培養(yǎng)細(xì)胞、極大地降低微生物污染程度地同時(shí)，更有效地發(fā)揮巨噬細(xì)胞清除污染地效能。本方法與抗生素聯(lián)合應(yīng)用效果更佳。 第四章 動(dòng)物細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)技術(shù) 第一節(jié) 大規(guī)模培養(yǎng)技術(shù)應(yīng)用簡(jiǎn)介 通過大規(guī)模體外培養(yǎng)技術(shù)培養(yǎng)哺乳類動(dòng)物細(xì)胞是生產(chǎn)生物制品的有效方法。20世界60-70年代，就已創(chuàng)立了可用于大規(guī)模培養(yǎng)動(dòng)物細(xì)胞的微載體培養(yǎng)系統(tǒng)和中空纖維細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)。近十?dāng)?shù)年來，由于人類對(duì)生長激素、干擾素、單克隆抗體、疫苗及白細(xì)胞介素等生物制品的需求猛增，以傳統(tǒng)的生物化學(xué)技術(shù)從動(dòng)物組織獲取生物制品已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足這一需求。隨著細(xì)胞培養(yǎng)的原理與方法日臻完善，動(dòng)物細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)技術(shù)趨于成熟。 所謂動(dòng)物細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)技術(shù)（large-scale culture technology）是指在人工條件下（設(shè)定ph、溫度、溶氧等），在細(xì)胞生物反應(yīng)器（bioreactor）中高密度大量培養(yǎng)動(dòng)物細(xì)胞用于生產(chǎn)生物制品的技術(shù)。目前可大規(guī)模培養(yǎng)的動(dòng)物細(xì)胞有雞胚、豬腎、猴腎、地鼠腎等多種原代細(xì)胞及人二倍體細(xì)胞、cho（中華倉鼠卵巢）細(xì)胞、BHK-21(倉鼠腎細(xì)胞)、Vero細(xì)胞(非洲綠猴腎傳代細(xì)胞，是貼壁依賴的成纖維細(xì)胞)等，并已成功生產(chǎn)了包括狂犬病疫苗、口蹄疫疫苗、甲型肝炎疫苗、乙型肝炎疫苗、紅細(xì)胞生成素、單克隆抗體等產(chǎn)品。 在過去幾十年來，該技術(shù)經(jīng)有了很大發(fā)展，從使用轉(zhuǎn)瓶(roller bottle) 、CellCube等貼壁細(xì)胞培養(yǎng)，發(fā)展為生物反應(yīng)器（Bioreactor）進(jìn)行大規(guī)模細(xì)胞培養(yǎng)。第一代細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)核心問題是難以產(chǎn)業(yè)化或者說是規(guī)模化生產(chǎn)：一是在工藝生產(chǎn)時(shí)不能大規(guī)模制備產(chǎn)品；二是非批量生產(chǎn)容易導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量的不均一性；三是難以對(duì)同批生產(chǎn)進(jìn)行生產(chǎn)和質(zhì)量控制。 隨著生物技術(shù)的發(fā)展，迫切需要大規(guī)模的細(xì)胞培養(yǎng)，特別是培養(yǎng)表達(dá)特異性蛋白的哺乳動(dòng)物細(xì)胞，以便獲得大量有用的細(xì)胞表達(dá)產(chǎn)物。采用玻璃瓶靜置或旋轉(zhuǎn)瓶的培養(yǎng)方法，已不能滿足所需細(xì)胞數(shù)量及其分泌產(chǎn)物。因而必須為工業(yè)化生產(chǎn)開創(chuàng)一種新的技術(shù)方法。自70年代以來，細(xì)胞培養(yǎng)用生物反應(yīng)器有很大的發(fā)展，種類越來越多，規(guī)模越來越大，較常見的細(xì)胞培養(yǎng)生物反應(yīng)器有空氣提升反應(yīng)器，中空纖維管反應(yīng)器，無泡攪拌反應(yīng)器及籃式生物反應(yīng)器等。八十年代以來，人們逐漸開始以生物反應(yīng)器培養(yǎng)代替鼠腹水的方法獲得單克隆抗體。 動(dòng)物細(xì)胞是一種無細(xì)胞壁的真核細(xì)胞，生長緩慢，對(duì)培養(yǎng)環(huán)境十分敏感。采用傳統(tǒng)的生物化工技術(shù)進(jìn)行動(dòng)物細(xì)胞大量培養(yǎng)，除了要滿足培養(yǎng)過程必需的營養(yǎng)要求外，有必要建立合理的控制模型，進(jìn)行pH和溶氧（DO）的最佳控制。細(xì)胞生物反應(yīng)器可通過微機(jī)有序地定量地控制加入動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)罐內(nèi)的空氣、氧氣、氮?dú)夂投趸妓姆N氣體的流量，使其保持最佳的比例來控制細(xì)胞培養(yǎng)液中的pH值和溶氧水平，使系統(tǒng)始終處于最佳狀態(tài)，以滿足動(dòng)物細(xì)胞的生長對(duì)pH值和溶解氧的需要。如為提高或達(dá)到一定的溶氧水平可改變通入培養(yǎng)罐內(nèi)氣體中氧氣和氮?dú)獾谋壤齺韺?shí)現(xiàn)控制DO值的目的。采用二氧化碳/碳酸氫鈉（CO2/NaHCO3）緩沖液系統(tǒng)來控制培養(yǎng)液的pH值是一種較好的方法。 現(xiàn)在，由于動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)在規(guī)模和可靠性方面都不斷發(fā)展，且從中得到的蛋白質(zhì)也被證明是安全有效的，因此人們對(duì)動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的態(tài)度已經(jīng)發(fā)生了改變。許多人用和獸用的重要蛋白質(zhì)藥物和疫苗，尤其是那些相對(duì)較大、較復(fù)雜或糖基化（glycosylated）的蛋白質(zhì)來說，動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)是首選的生產(chǎn)方式。60年代初，英國AVRI研究所在貼壁細(xì)胞系BHK21中將口蹄疫病毒培養(yǎng)成功后，從最初的200ml和800ml玻璃容器開始，很快就放大到30L和100L不銹鋼罐的培養(yǎng)規(guī)模。使用的是基于Eagle's配方的培養(yǎng)基，補(bǔ)充5%成年牛血清和蛋白胨。1967年以后，Wellcome（現(xiàn)為Cooper動(dòng)物保?。┘瘓F(tuán)分布于歐洲、非洲和南美洲8個(gè)國家的生產(chǎn)廠商，應(yīng)用此項(xiàng)技術(shù)工業(yè)規(guī)?；a(chǎn)口蹄疫疫苗和獸用狂犬疫苗，已掌握了5000L的細(xì)胞罐大規(guī)模培養(yǎng)技術(shù)。 目前已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的產(chǎn)品有：口蹄疫疫苗、狂犬病疫苗、牛白血病病毒疫苗、脊髓灰質(zhì)炎病毒疫苗、乙型肝炎疫苗、皰瘡病毒疫苗、巨細(xì)胞病毒疫苗、α及β干擾素、血纖維蛋白溶酶原激活劑、凝血因子Ⅷ和Ⅸ、促紅細(xì)胞素、松弛素、生長激素、蛋白C、免疫球蛋白、尿激酶、激肽釋放酶及200種單克隆抗體等。其中，口蹄疫疫苗是動(dòng)物細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)方法生產(chǎn)的主要產(chǎn)品之一。1983年，英國Wellcome公司就已能夠利用動(dòng)物細(xì)胞進(jìn)行大規(guī)模培養(yǎng)生產(chǎn)口蹄疫疫苗。美國Genentech公司應(yīng)用SV40為載體，將乙型肝炎病毒表面抗原基因插入哺乳動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行高效表達(dá)，已生產(chǎn)出乙型肝炎疫苗。英國Wellcome公司采用8000L Namalwa細(xì)胞生產(chǎn)α干擾素。英國Celltech公司用氣升式生物反應(yīng)器生α、β和γ干擾素；用無血清培養(yǎng)液在10000L氣升式生物反應(yīng)器中培養(yǎng)雜交瘤細(xì)胞生產(chǎn)單克隆抗體。美國Endotronic公司用中空纖維生物反應(yīng)器大規(guī)模培養(yǎng)動(dòng)物細(xì)胞生產(chǎn)出免疫球蛋白G、A、M和尿激酶、人生長激素等。 第二節(jié) 大規(guī)模培養(yǎng)常用方法 根據(jù)動(dòng)物細(xì)胞的類型，可采用貼壁培養(yǎng)、懸浮培養(yǎng)和固定化培養(yǎng)等三種培養(yǎng)方法進(jìn)行大規(guī)模培養(yǎng)。 一、動(dòng)物細(xì)胞生長特性及培養(yǎng)溫度 1、細(xì)胞生長緩慢，易污染，培養(yǎng)需用抗生素 2、細(xì)胞大，無細(xì)胞壁，機(jī)械強(qiáng)度低，環(huán)境適應(yīng)性差 3、需氧少，不耐受強(qiáng)力通風(fēng)與攪拌 4、群體生長效應(yīng)，貼壁生長（錨地依賴性） 5、培養(yǎng)過程產(chǎn)品分布細(xì)胞內(nèi)外，成本高 6、原代培養(yǎng)細(xì)胞一般繁殖50代即退化死亡 依據(jù)在體外培養(yǎng)時(shí)對(duì)生長基質(zhì)依賴性差異，動(dòng)物細(xì)胞可分為兩類： 貼壁依賴型細(xì)胞：需要附著于帶適量電荷的固體或半固體表面才能生長，大多數(shù)動(dòng)物細(xì)胞，包括非淋巴組織細(xì)胞和許多異倍體細(xì)胞均屬于這一類。 非貼壁依賴型細(xì)胞：無需附著于固相表面即可生長，包括血液、淋巴組織細(xì)胞、許多腫瘤細(xì)胞及某些轉(zhuǎn)化細(xì)胞。 培養(yǎng)細(xì)胞的最適溫度相當(dāng)于各種細(xì)胞或組織取材機(jī)體的正常溫度。人和哺乳動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的最適溫度為35~37℃。偏離這一溫度，細(xì)胞正常的代謝和生長將會(huì)受到影響，甚至死亡?？偟膩碚f，培養(yǎng)細(xì)胞對(duì)低溫的耐力比高溫高。溫度不超過39℃時(shí)，細(xì)胞代謝強(qiáng)度與溫度成正比；細(xì)胞培養(yǎng)置于39~40℃環(huán)境中1h，即受到一定損傷，但仍能恢復(fù)；當(dāng)溫度達(dá)43℃以上時(shí)，許多細(xì)胞將死亡。當(dāng)溫度下降到30~20℃時(shí)，細(xì)胞代謝降低，因而與培養(yǎng)基之間物質(zhì)交換減少。首先看到的是細(xì)胞形態(tài)學(xué)的改變以及細(xì)胞從基質(zhì)上脫落下來。當(dāng)培養(yǎng)物恢復(fù)到初始的培養(yǎng)溫度時(shí)，它們?cè)械男螒B(tài)和代謝也隨之恢復(fù)到原有水平。 二、貼壁培養(yǎng)（attachment culture）是指細(xì)胞貼附在一定的固相表面進(jìn)行的培養(yǎng)。 1、生長特性：貼壁依賴型細(xì)胞在培養(yǎng)時(shí)要貼附于培養(yǎng)（瓶）器皿壁上，細(xì)胞一經(jīng)貼壁就迅速鋪展，然后開始有絲分裂，并很快進(jìn)入對(duì)數(shù)生長期。一般數(shù)天后就鋪滿培養(yǎng)表面，并形成致密的細(xì)胞單層。 2、貼壁培養(yǎng)的優(yōu)點(diǎn)： 容易更換培養(yǎng)液；細(xì)胞緊密黏附于固相表面，可直接傾去舊培養(yǎng)液，清洗后直接加入新培養(yǎng)液。 容易采用灌注培養(yǎng)，從而達(dá)到提高細(xì)胞密度的目的；因細(xì)胞固定表面，不需過濾系統(tǒng)。 當(dāng)細(xì)胞貼壁于生長基質(zhì)時(shí)，很多細(xì)胞將更有效的表達(dá)一種產(chǎn)品。 同一設(shè)備可采用不同的培養(yǎng)液/細(xì)胞的比例。 適用于所有類型細(xì)胞。 3、貼壁培養(yǎng)的缺點(diǎn)：與懸浮培養(yǎng)法相比 擴(kuò)大培養(yǎng)比較困難，投資大； 占地面積大； 不能有效監(jiān)測(cè)細(xì)胞的生長； 4、細(xì)胞貼壁的表面：要求具有凈陽電荷和高度表面活性。對(duì)微載體而言還要求具一定電荷密度；若為有機(jī)物表面，必須具有親水性，并帶陽電荷。 5、貼壁培養(yǎng)系統(tǒng)：主要有轉(zhuǎn)瓶、中空纖維（后面專題介紹）、玻璃珠、微載體系統(tǒng)（后面介紹）等。 轉(zhuǎn)瓶培養(yǎng)系統(tǒng)：培養(yǎng)貼壁依賴型細(xì)胞最初采用轉(zhuǎn)瓶系統(tǒng)培養(yǎng)。轉(zhuǎn)瓶培養(yǎng)一般用于小量培養(yǎng)到大規(guī)模培養(yǎng)的過渡階段，或作為生物反應(yīng)器接種細(xì)胞準(zhǔn)備的一條途徑。細(xì)胞接種在旋轉(zhuǎn)的圓筒形培養(yǎng)器-轉(zhuǎn)瓶中，培養(yǎng)過程中轉(zhuǎn)瓶不斷旋轉(zhuǎn)，使細(xì)胞交替接觸培養(yǎng)液和空氣，從而提供較好的傳質(zhì)和傳熱條件。 轉(zhuǎn)瓶培養(yǎng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，投資少，技術(shù)成熟，重復(fù)性好，放大只需簡(jiǎn)單的增加轉(zhuǎn)瓶數(shù)量等優(yōu)點(diǎn)。 但也有其缺點(diǎn)：勞動(dòng)強(qiáng)度大，占地空間大，單位體積提供細(xì)胞生長的表面積小，細(xì)胞生長密度低，培養(yǎng)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制環(huán)境條件受到限制等。 現(xiàn)在使用的轉(zhuǎn)瓶培養(yǎng)系統(tǒng)包括二氧化碳培養(yǎng)箱和轉(zhuǎn)瓶機(jī)兩類。 反應(yīng)器貼壁培養(yǎng) 此種培養(yǎng)方式中，細(xì)胞貼附于固定的表面生長，不因?yàn)閿嚢瓒S培養(yǎng)液一起流動(dòng)，因此比較容易更換培養(yǎng)液，不需要特殊的分離細(xì)胞和培養(yǎng)液的設(shè)備，可以采用灌流培養(yǎng)獲得高細(xì)胞密度，能有效地獲得一種產(chǎn)品；但擴(kuò)大規(guī)模較難，不能直接監(jiān)控細(xì)胞的生長情況，故多用于制備用量較小、價(jià)值高的生物藥品。 CelliGen、CelliGen PlusTM和Bioflo3000反應(yīng)器是常用的貼壁培養(yǎng)式生物反應(yīng)器，用于細(xì)胞貼壁培養(yǎng)時(shí)可用籃式攪拌系統(tǒng)和圓盤狀載體。此載體是直徑6毫米無紡聚酯纖維圓片，具很高表面積與體積比（1200cm2/g），利于獲得高細(xì)胞密度?；@式攪拌系統(tǒng)和載體培養(yǎng)是目前貼壁細(xì)胞培養(yǎng)使用最多方式，用于雜交瘤細(xì)胞、Hela細(xì)胞、293細(xì)胞、CHO細(xì)胞及其它細(xì)胞培養(yǎng)。此種方式培養(yǎng)細(xì)胞，細(xì)胞接種后貼壁快。 三、懸浮培養(yǎng)（suspension culture）：是指細(xì)胞在反應(yīng)器中自由懸浮生長的過程。主要用于非貼壁依賴型細(xì)胞培養(yǎng)，如雜交瘤細(xì)胞等；是在微生物發(fā)酵的基礎(chǔ)上發(fā)通起來的。 無血清懸浮培養(yǎng)是用已知人源或動(dòng)物來源的蛋白或激素代替動(dòng)物血清的一種細(xì)胞培養(yǎng)方式，它能減少后期純化工作，提高產(chǎn)品質(zhì)量，正逐漸成為動(dòng)物細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)的研究新方向。 四、固定化培養(yǎng)（immobilization culture）：是將動(dòng)物細(xì)胞與水不溶性載體結(jié)合起來，再進(jìn)行培養(yǎng)。上述兩大類細(xì)胞都適用，具有細(xì)胞生長密度高，抗剪切力和抗污染能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，細(xì)胞易于產(chǎn)物分開，有利于產(chǎn)物分離純化。制備方法很多，包括吸附法、共價(jià)貼附法、離子/共價(jià)交聯(lián)法、包埋法、微囊法等。 1、吸附法:用固體吸附劑將細(xì)胞吸附在其表面而使細(xì)胞固定化的方法稱為吸附法（adhesion）。操作操簡(jiǎn)便、條件溫和、是動(dòng)物細(xì)胞固定化中最早研究使用的方法。缺點(diǎn)是：載體的負(fù)荷能力低，細(xì)胞易脫落。微載體培養(yǎng)和中空纖維培養(yǎng)是該方法的代表，稍后專門介紹。 2、共價(jià)貼附法:利用共價(jià)鍵將動(dòng)物細(xì)胞與固相載體結(jié)合的固定化方法稱為共價(jià)貼附法（attachment by covalent bonding）。此法可減少細(xì)胞的泄漏，但須引入化學(xué)試劑，對(duì)細(xì)胞活性有影響，且因貼附而導(dǎo)致擴(kuò)散限制小，細(xì)胞得不到保護(hù)。 3、離子/共價(jià)交聯(lián)法:雙功能試劑處理細(xì)胞懸浮液，會(huì)在細(xì)胞間形成橋而絮結(jié)產(chǎn)生交交聯(lián)作用，此固定化細(xì)胞方法稱為離子/共價(jià)交聯(lián)法（cross-linking by covalent bonding）。交聯(lián)試劑會(huì)使一些細(xì)胞死亡，也會(huì)產(chǎn)生擴(kuò)散限制。 4、包埋法:將細(xì)胞包埋在多孔載體內(nèi)部制成固定化細(xì)胞的方法稱為包埋法（entrapment）。優(yōu)點(diǎn)是：步驟簡(jiǎn)便、條件溫和、負(fù)荷量大、細(xì)胞泄漏少，抗機(jī)械剪切。缺點(diǎn)是：擴(kuò)散限制，并非所有細(xì)胞都處于最佳基質(zhì)濃度，且大分子基質(zhì)不能滲透到高聚物網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部。一般適用于非貼壁依賴型細(xì)胞的固定化，常用載體為多孔凝膠，如瓊脂糖凝膠、海藻酸鈣凝膠和血纖維蛋白。 5、微囊法（microencapsulation）:是用一層親水的半透膜將細(xì)胞包圍在珠狀的微囊里，細(xì)胞不能逸出，但小分子物質(zhì)及營養(yǎng)物質(zhì)可自由出入半透膜；囊內(nèi)是種微小培養(yǎng)環(huán)境，與液體培養(yǎng)相似，能保護(hù)細(xì)胞少受損傷，故細(xì)胞生長好、密度高。微囊直徑控制在200-400μm為宜。制備中應(yīng)注意： 溫和、快速、不損傷細(xì)胞，盡量在液體和生理?xiàng)l件下操作； 所用試劑和膜材料對(duì)細(xì)胞無毒害； 膜的孔徑可控制，必須使?fàn)I養(yǎng)物和代謝物自由通過； 膜應(yīng)有足夠機(jī)械強(qiáng)度抵抗培養(yǎng)中攪拌。 五、抗凋亡策略在細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)中的應(yīng)用 生物反應(yīng)器動(dòng)物細(xì)胞大規(guī)模生產(chǎn)過程中，細(xì)胞凋亡在細(xì)胞死亡中占主要部分。最近研究顯示在大規(guī)模培養(yǎng)生物反應(yīng)器中細(xì)胞的死亡中80%是凋亡所導(dǎo)致,而不是以前所認(rèn)為的壞死。而在大規(guī)模細(xì)胞培養(yǎng)中，細(xì)胞死亡是維持細(xì)胞高活性和高密度的最大障礙。理論上講，防止或延長細(xì)胞死亡，可以極大提高生物反應(yīng)器生產(chǎn)重組蛋白的產(chǎn)量。 細(xì)胞凋亡由一系列基因精確地調(diào)控，是多細(xì)胞生物發(fā)育和維持穩(wěn)態(tài)所必需的生理現(xiàn)象。已知凋亡的最終執(zhí)行者是Caspase家族，它們均為半胱氨酸蛋白酶，各識(shí)別一個(gè)4氨基酸序列，并在識(shí)別序列C端天冬氨酸殘基處將底物切斷。Caspase含有可被自身識(shí)別的序列，可以切割活化自身而導(dǎo)致信號(hào)放大，并作用于下游Caspase成員，從而形成Caspase家族的級(jí)聯(lián)放大，最終作用于效應(yīng)蛋白，引起細(xì)胞凋亡。 所以在大規(guī)模培養(yǎng)時(shí)干擾細(xì)胞在培養(yǎng)中凋亡的發(fā)生，提高細(xì)胞特異性抵制遇到壓力而引起凋亡的能力，有利于提高細(xì)胞的培養(yǎng)密度、延長細(xì)胞的培養(yǎng)周期，從而提高目標(biāo)產(chǎn)品的產(chǎn)量2-3倍。 1、營養(yǎng)物質(zhì)抗凋亡 在常規(guī)生物反應(yīng)器構(gòu)造中，營養(yǎng)耗竭或缺乏培養(yǎng)基中特殊的生長因子則引起凋亡，例如血清，糖或特殊氨基酸的耗盡。培養(yǎng)基中添加氨基酸或其它關(guān)鍵營養(yǎng)可抑制凋亡、延長培養(yǎng)時(shí)間從而提高產(chǎn)品的生產(chǎn)。大規(guī)模培養(yǎng)中細(xì)胞凋亡主要由于營養(yǎng)物質(zhì)的耗竭或代謝產(chǎn)物的堆積引起，如谷氨酰胺的耗竭是最常見的凋亡原因，而且凋亡一旦發(fā)生，補(bǔ)加谷氨酰胺已不能逆轉(zhuǎn)凋亡。另外，動(dòng)物細(xì)胞在無血清、無蛋白培養(yǎng)基中進(jìn)行培養(yǎng)時(shí)，細(xì)胞變得更為脆弱，更容易發(fā)生凋亡。 2、基因抗凋亡 與凋亡相關(guān)的一系列基因產(chǎn)物可對(duì)其進(jìn)行正、負(fù)向的調(diào)控，因此可通過導(dǎo)入相應(yīng)基因來調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡的機(jī)制。Bcl-2基因是目前最為有效的抗凋亡基因，在多種細(xì)胞系中均表現(xiàn)出很強(qiáng)的抗凋亡活性。 3、化學(xué)方法抗凋亡 凋亡發(fā)生時(shí)細(xì)胞許多部位發(fā)生生化物質(zhì)的改變，有些變化如改變細(xì)胞氧化還原條件產(chǎn)生活性氧在凋亡信號(hào)階段發(fā)生，其它的如破壞線粒體膜電位、激活caspase則發(fā)生在凋亡效應(yīng)階段，這在絕大多數(shù)細(xì)胞死亡中是相同的。因此,阻止這些生化物質(zhì)的改變可能阻止或至少延遲細(xì)胞凋亡的發(fā)生，運(yùn)用化學(xué)物質(zhì)可抑制信號(hào)效應(yīng)階段的發(fā)生，被認(rèn)為是抗調(diào)亡策略之一。 第三節(jié) 大規(guī)模培養(yǎng)技術(shù)的操作方式 深層培養(yǎng)可分為：分批式、流加式、半連續(xù)式、連續(xù)式、連續(xù)式和灌注式五種。 一、分批式培養(yǎng)（batch culture） 是細(xì)胞規(guī)模培養(yǎng)發(fā)展進(jìn)程中較早期采用的方式，也是其它操作方式的基礎(chǔ)。該方式采用機(jī)械攪拌式生物反應(yīng)器，將細(xì)胞擴(kuò)大培養(yǎng)后，一次性轉(zhuǎn)入生物反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行培養(yǎng)，在培養(yǎng)過程中其體積不變，不添加其它成分，待細(xì)胞增長和產(chǎn)物形成積累到適當(dāng)?shù)臅r(shí)間，一次性收獲細(xì)胞、產(chǎn)物、培養(yǎng)基的操作方式。 該方式的特點(diǎn): 操作簡(jiǎn)單。培養(yǎng)周期短，染菌和細(xì)胞突變的風(fēng)險(xiǎn)小。反應(yīng)器系統(tǒng)屬于封閉式，培養(yǎng)過程中與外部環(huán)境沒有物料交換，除了控制溫度、pH值和通氣外，不進(jìn)行其他任何控制，因此操作簡(jiǎn)單，容易掌握； 直觀反映細(xì)胞生長代謝的過程。因培養(yǎng)期間細(xì)胞生長代謝是在一個(gè)相對(duì)固定的營養(yǎng)環(huán)境，不添加任何營養(yǎng)成分,因此可直觀的反映細(xì)胞生長代謝的過程,是動(dòng)物細(xì)胞工藝基礎(chǔ)條件或"小試"研究常用的手段； 可直接放大。由于培養(yǎng)過程工藝簡(jiǎn)單，對(duì)設(shè)備和控制的要求較低，設(shè)備的通用性強(qiáng)，反應(yīng)器參數(shù)的放大原理和過程控制，比較其它培養(yǎng)系統(tǒng)較易理解和掌握，在工業(yè)化生產(chǎn)中分批式培養(yǎng)操作是傳統(tǒng)的、常用的方法，其工業(yè)反應(yīng)器(Genetech)規(guī)?？蛇_(dá)12000L。 分批培養(yǎng)過程中，細(xì)胞的生長分為五個(gè)階段：延滯期、對(duì)數(shù)生長期、減速期、平穩(wěn)期和衰退期，見圖1。分批培養(yǎng)的周期時(shí)間多在3-5天，細(xì)胞生長動(dòng)力學(xué)表現(xiàn)為細(xì)胞先經(jīng)歷對(duì)數(shù)生長期（48-72h）細(xì)胞密度達(dá)到最高值后，由于營養(yǎng)物質(zhì)耗劫或代謝毒副產(chǎn)物的累積細(xì)胞生長進(jìn)入衰退期進(jìn)而死亡，表現(xiàn)出典型的生長周期。收獲產(chǎn)物通常是在細(xì)胞快要死亡前或已經(jīng)死亡后進(jìn)行。 二、流加式培養(yǎng)（feeding culture） 1、流加式培養(yǎng)是在批式培養(yǎng)的基礎(chǔ)上，采用機(jī)械攪拌式生物反應(yīng)器系統(tǒng)，懸浮培養(yǎng)細(xì)胞或以懸浮微載體培養(yǎng)貼壁細(xì)胞，細(xì)胞初始接種的培養(yǎng)基體積一般為終體積的1/2～1/3，在培養(yǎng)過程中根據(jù)細(xì)胞對(duì)營養(yǎng)物質(zhì)的不斷消耗和需求，流加濃縮的營養(yǎng)物或培養(yǎng)基，從而使細(xì)胞持續(xù)生長至較高的密度，目標(biāo)產(chǎn)品達(dá)到較高的水平，整個(gè)培養(yǎng)過程沒有流出或回收，通常在細(xì)胞進(jìn)入衰亡期或衰亡期后進(jìn)行終止回收整個(gè)反應(yīng)體系，分離細(xì)胞和細(xì)胞碎片，濃縮、純化目標(biāo)蛋白。 2、流加培養(yǎng)特點(diǎn)： 流加培養(yǎng)根據(jù)細(xì)胞生長速率、營養(yǎng)物消耗和代謝產(chǎn)物抑制情況，流加濃縮的營養(yǎng)培養(yǎng)基。流加的速率與消耗的速率相同，按底物濃度控制相應(yīng)的流加過程，保證合理的培養(yǎng)環(huán)境與較低的代謝產(chǎn)物抑制水平。 培養(yǎng)過程以低稀釋率流加，細(xì)胞在培養(yǎng)系統(tǒng)中停留時(shí)間較長，總細(xì)胞密度較高，產(chǎn)物濃度較高。 流加培養(yǎng)過程須掌握細(xì)胞生長動(dòng)力學(xué)，能量代謝動(dòng)力學(xué)，研究細(xì)胞環(huán)境變化時(shí)的瞬間行為。流加培養(yǎng)細(xì)胞培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)和培養(yǎng)條件與環(huán)境優(yōu)化，是整個(gè)培養(yǎng)工藝中的主要內(nèi)容。 在工業(yè)化生產(chǎn)，懸浮流加培養(yǎng)工藝參數(shù)的放大原理和過程控制，比較其它培養(yǎng)系統(tǒng)較易理解和掌握，可采用工藝參數(shù)的直接放大。 流加培養(yǎng)是當(dāng)前動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)中占有主流優(yōu)勢(shì)的培養(yǎng)工藝，也是近年來動(dòng)物細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)研究的熱點(diǎn)。流加培養(yǎng)中的關(guān)鍵技術(shù)是基礎(chǔ)培養(yǎng)基和流加濃縮的營養(yǎng)培養(yǎng)基。通常進(jìn)行流加的時(shí)間多在指數(shù)生長后期，細(xì)胞在進(jìn)入衰退期之前，添加高濃度的營養(yǎng)物質(zhì)。可以添加一次，也可添加多次，為了追求更高的細(xì)胞密度往往需要添加一次以上，直至細(xì)胞密度不再提高；可進(jìn)行脈沖式添加，也可以降低的速率緩慢進(jìn)行添加，但為了盡可能的維持相對(duì)穩(wěn)定的營養(yǎng)物質(zhì)環(huán)境，后者采用較多；添加的成分比較多，凡是促細(xì)胞生長的物質(zhì)均可以進(jìn)行添加。流加的總體原則是維持細(xì)胞生長相對(duì)穩(wěn)定的培養(yǎng)環(huán)境，營養(yǎng)成分即不過剩而產(chǎn)生大量的代謝副產(chǎn)物造成營養(yǎng)利用效率下降而成為無效的利用；也不缺乏導(dǎo)致細(xì)胞生長抑制或死亡。 3、流加工藝中的營養(yǎng)成分主要分為三大類： 葡萄糖：葡萄糖是細(xì)胞的供能物質(zhì)和主要的碳源物質(zhì)，然而當(dāng)其濃度較高是會(huì)產(chǎn)生大量的代謝產(chǎn)物乳酸，因而需要進(jìn)行其濃度控制，以足夠維持細(xì)胞生長而不至于產(chǎn)生大量的副產(chǎn)物的濃度為佳。 谷氨酰胺：谷氨酰胺是細(xì)胞的供能物質(zhì)和主要的氮源物質(zhì)，然而當(dāng)其濃度較高是會(huì)產(chǎn)生大量的代謝產(chǎn)物氨，因而也需要進(jìn)行其濃度控制，以足夠維持細(xì)胞生長而不至于產(chǎn)生大量的副產(chǎn)物的濃度為佳； 大規(guī)模培養(yǎng)中細(xì)胞凋亡主要由于營養(yǎng)物質(zhì)的耗竭或代謝產(chǎn)物的堆積引起，如谷氨酰胺的耗竭是最常見的凋亡原因，而且凋亡一旦發(fā)生，補(bǔ)加谷氨酰胺已不能逆轉(zhuǎn)凋亡。另外，動(dòng)物細(xì)胞在無血清、無蛋白培養(yǎng)基中進(jìn)行培養(yǎng)時(shí)，細(xì)胞變得更為脆弱，更容易發(fā)生凋亡。 氨基酸、維生素及其他：主要包括營養(yǎng)必需氨基酸、營養(yǎng)非必需氨基酸、一些特殊的氨基酸如羥脯氨酸、羧基谷氨酸和磷酸絲氨酸；此外還包括其他營養(yǎng)成分如膽堿、生長刺激因子。添加的氨基酸形式多為左旋氨基酸，因而多以鹽或前體的形式替代單分子氨基酸，或者添加四肽或短肽的形式。在進(jìn)行添加時(shí)，不溶性氨基酸如胱氨酸、酪氨酸和色氨酸只在中性pH值部分溶解，可采用泥漿的形式進(jìn)行脈沖式添加；其他的可溶性氨基酸以溶液的形式用蠕動(dòng)泵進(jìn)行緩慢連續(xù)流加。 4、流加式培養(yǎng)分為兩種類型：?jiǎn)我谎a(bǔ)料分批式培養(yǎng)和反復(fù)補(bǔ)料分批式培養(yǎng)。 單一補(bǔ)料分批式培養(yǎng)是在培養(yǎng)開始時(shí)投入一定量的基礎(chǔ)培養(yǎng)液，培養(yǎng)到一定時(shí)期，開始連續(xù)補(bǔ)加濃縮營養(yǎng)物質(zhì)，直到培養(yǎng)液體積達(dá)到生物反應(yīng)器的最大操作容積，停止補(bǔ)加，最后將細(xì)胞培養(yǎng)液一次全部放出。該操作方式受到反應(yīng)器操作容積的限制，培養(yǎng)周期只能控制在較短的時(shí)間內(nèi)。 反復(fù)補(bǔ)料分批式培養(yǎng)是在單一補(bǔ)料分批式操作的基礎(chǔ)上，每個(gè)一定時(shí)間按一定比例放出一部分培養(yǎng)液，是培養(yǎng)液體積始終不超過反應(yīng)器的最大操作容積，從而在理論上可以延長培養(yǎng)周期，直至培養(yǎng)效率下降，才將培養(yǎng)液全部放出。 三、半連續(xù)式培養(yǎng)（semi-continuous culture） 1、半連續(xù)式培養(yǎng)又稱為重復(fù)分批式培養(yǎng)或換液培養(yǎng)。采用機(jī)械攪拌式生物反應(yīng)器系統(tǒng)，懸浮培養(yǎng)形式。在細(xì)胞增長和產(chǎn)物形成過程中，每間隔一段時(shí)間，從中取出部分培養(yǎng)物，再用新的培養(yǎng)液補(bǔ)足到原有體積，使反應(yīng)器內(nèi)的總體積不變。 這種類型的操作是將細(xì)胞接種一定體積的培養(yǎng)基，讓其生長至一定的密度，在細(xì)胞生長至最大密度之前，用新鮮的培養(yǎng)基稀釋培養(yǎng)物，每次稀釋反應(yīng)器培養(yǎng)體積的1/2~3/4，以維持細(xì)胞的指數(shù)生長狀態(tài)，隨著稀釋率的增加培養(yǎng)體積逐步增加?；蛘咴诩?xì)胞增長和產(chǎn)物形成過程中，每隔一定時(shí)間，定期取出部分培養(yǎng)物，或是條件培養(yǎng)基，或是連同細(xì)胞、載體一起取出，然后補(bǔ)加細(xì)胞或載體，或是新鮮的培養(yǎng)基繼續(xù)進(jìn)行培養(yǎng)的一種操作模式。剩余的培養(yǎng)物可作為種子，繼續(xù)培養(yǎng)，從而可維持反復(fù)培養(yǎng)，而無需反應(yīng)器的清洗、消毒等一系列復(fù)雜的操作。在半連續(xù)式操作中由于細(xì)胞適應(yīng)了生物反應(yīng)器的培養(yǎng)環(huán)境和相當(dāng)高的接種量，經(jīng)過幾次的稀釋、換液培養(yǎng)過程，細(xì)胞密度常常會(huì)提高。 2、半連續(xù)式特點(diǎn)： 培養(yǎng)物的體積逐步增加； 可進(jìn)行多次收獲； 細(xì)胞可持續(xù)指數(shù)生長，并可保持產(chǎn)物和細(xì)胞在一較高的濃度水平，培養(yǎng)過程可延續(xù)到很長時(shí)間。 該操作方式的優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)便，生產(chǎn)效率高，可長時(shí)期進(jìn)行生產(chǎn)，反復(fù)收獲產(chǎn)品，可使細(xì)胞密度和產(chǎn)品產(chǎn)量一直保持在較高的水平。在動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)和藥品生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用。 四、連續(xù)式培養(yǎng)（continuous culture） 1、連續(xù)式培養(yǎng)是一種常見的懸浮培養(yǎng)模式，采用機(jī)械攪拌式生物反應(yīng)器系統(tǒng)。該模式是將細(xì)胞接種與一定體積的培養(yǎng)基后，為了防止衰退期的出現(xiàn)，在細(xì)胞達(dá)最大密度之前，以一定速度向生物反應(yīng)器連續(xù)添加新鮮培養(yǎng)基；同時(shí)，含有細(xì)胞的培養(yǎng)物以相同的速度連續(xù)從反應(yīng)器流出，以保持培養(yǎng)體積的恒定。理論上講，該過程可無限延續(xù)下去。 2、連續(xù)培養(yǎng)的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)器的培養(yǎng)狀態(tài)可以達(dá)到恒定，細(xì)胞在穩(wěn)定狀態(tài)下生長。穩(wěn)定狀態(tài)可有效的延長分批培養(yǎng)中的對(duì)數(shù)生長期。在穩(wěn)定狀態(tài)下細(xì)胞所處的環(huán)境條件如營養(yǎng)物質(zhì)濃度、產(chǎn)物濃度、pH值可保持恒定，細(xì)胞濃度以及細(xì)胞比生長速率可維持不變。細(xì)胞很少受到培養(yǎng)環(huán)境變化帶來的生理影響，特別是生物反應(yīng)器的主要營養(yǎng)物質(zhì)葡萄糖和谷氨酰胺，維持在一個(gè)較低的水平，從而使他們的利用效率提高，有害產(chǎn)物積累有所減少。然而在高的稀釋率下，雖然死細(xì)胞和細(xì)胞碎片及時(shí)清除，細(xì)胞活性高最終細(xì)胞密度得到提高；可是產(chǎn)物卻不斷在稀釋，因而產(chǎn)物濃度并為提高；尤其是細(xì)胞和產(chǎn)物不斷的稀釋，營養(yǎng)物質(zhì)利用率、細(xì)胞增長速率和產(chǎn)物生產(chǎn)速率低下。 3、連續(xù)式培養(yǎng)不足： 由于是開放式操作，加上培養(yǎng)周期較長，容易造成污染； 在長周期的連續(xù)培養(yǎng)中，細(xì)胞的生長特性以及分泌產(chǎn)物容易變異； 對(duì)設(shè)備、儀器的控制技術(shù)要求較高。 連續(xù)式培養(yǎng)操作使用的反應(yīng)器多數(shù)是攪拌式生物反應(yīng)器，也可以是管式反應(yīng)器。 4、連續(xù)式培養(yǎng)的特點(diǎn)： 細(xì)胞維持持續(xù)指數(shù)增長； 產(chǎn)物體積不斷增長； 可控制衰退期與下降期。 五、灌流式培養(yǎng)（perfusion culture） 1、灌流式培養(yǎng)是把細(xì)胞和培養(yǎng)基一起加入反應(yīng)器后，在細(xì)胞增長和產(chǎn)物形成過程中，不斷地將部分條件培養(yǎng)基取出，同時(shí)又連續(xù)不斷地灌注新的培養(yǎng)基。它與半連續(xù)式操作的不同之處在于取出部分條件培養(yǎng)基時(shí)，絕大部分細(xì)胞均保留在反應(yīng)器內(nèi)，而半連續(xù)培養(yǎng)在取培養(yǎng)物時(shí)同時(shí)也取出了部分細(xì)胞。 灌流式培養(yǎng)常使用的生物反應(yīng)器主要有兩種形式。一種是用攪拌式生物反應(yīng)器懸浮培養(yǎng)細(xì)胞，這種反應(yīng)器必須具有細(xì)胞截流裝置，細(xì)胞截留系統(tǒng)開始多采用微孔膜過濾或旋轉(zhuǎn)膜系統(tǒng)，最近開發(fā)的有各種形式的沉降系統(tǒng)或透析系統(tǒng)。 中空纖維生物反應(yīng)器是連續(xù)灌流操作常用的一種。它采用的中空纖維半透膜，透過小分子量的產(chǎn)物和底物，截流細(xì)胞和分子量較大的產(chǎn)物，在連續(xù)灌流過程中將絕大部分細(xì)胞截留在反應(yīng)器內(nèi)；近年來中空纖維生物反應(yīng)器被廣泛應(yīng)用于產(chǎn)物分泌性動(dòng)物細(xì)胞的生產(chǎn)，主要用于培養(yǎng)雜交瘤細(xì)胞生產(chǎn)單克隆抗體。 另外一種形式是固定床或流化床生物反應(yīng)器，固定床是在反應(yīng)器中裝配固定的籃筐，中間裝填聚脂纖維載體，細(xì)胞可附著在載體上生長，也可固定在載體纖維之間，靠上攪拌中產(chǎn)生的負(fù)壓，迫使培養(yǎng)基不斷流經(jīng)填料，有利于營養(yǎng)成分和氧的傳遞，這種形式的灌流速度較大，細(xì)胞在載體中高密度生長。流化床生物反應(yīng)器是通過流體的上升運(yùn)動(dòng)使固體顆粒維持在懸浮狀態(tài)進(jìn)行反應(yīng)，適合于固定化細(xì)胞的培養(yǎng)。 2、灌流式培養(yǎng)的優(yōu)點(diǎn)： 細(xì)胞截流系統(tǒng)可使細(xì)胞或酶保留在反應(yīng)器內(nèi)，維持較高的細(xì)胞密度，一般可達(dá)107-109/ml，從而較大的提高了產(chǎn)品的產(chǎn)量； 連續(xù)灌流系統(tǒng)，使細(xì)胞穩(wěn)定的處在較好的的營養(yǎng)環(huán)境中，有害代謝廢物濃度積累較低； 反應(yīng)速率容易控制，培養(yǎng)周期較長，可提高生產(chǎn)率，目標(biāo)產(chǎn)品回收率高； 產(chǎn)品在罐內(nèi)停留時(shí)間短，可及時(shí)回收到低溫下保存，有利于保持產(chǎn)品的活性。 連續(xù)灌注培養(yǎng)是近年用于動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)生產(chǎn)分泌型重組治療性藥物和嵌合抗體及人源化抗體等基因工程抗體較為推崇的一種方式。應(yīng)用連續(xù)灌流工藝的公司有Genzyme, Genetic Institute, Bayer公司等。這種方法最大困難是污染機(jī)率較高，長期培養(yǎng)中細(xì)胞分泌產(chǎn)品的穩(wěn)定性，規(guī)模放大過程中工程問題。 六、細(xì)胞工廠培養(yǎng) 細(xì)胞工廠(cell factory)是一種設(shè)計(jì)精巧的細(xì)胞培養(yǎng)裝置。它在有限的空間內(nèi)利用了最大限度的培養(yǎng)表面，從而節(jié)省了大量的廠房空間,并可節(jié)省貴重的培養(yǎng)液。更重要的是，它可有效地保證操作的無菌性，從而避免因污染而帶來的原料、勞務(wù)和時(shí)間損失。它是對(duì)傳統(tǒng)轉(zhuǎn)瓶培養(yǎng)的革命。 丹麥NUNC公司生產(chǎn)的NUNC細(xì)胞工廠是目前應(yīng)用較多的細(xì)胞工廠系統(tǒng)?？捎糜谌缫呙?、單克隆抗體或生物制藥等工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)，特別適合于貼壁細(xì)胞，也可用于懸浮培養(yǎng)，在從實(shí)驗(yàn)室規(guī)模進(jìn)行放大時(shí)不會(huì)改變細(xì)胞生長的動(dòng)力學(xué)條件，可提供1，2，10和40盤的規(guī)格使放大變得簡(jiǎn)單易行，低污染風(fēng)險(xiǎn)，節(jié)省空間，培養(yǎng)表面經(jīng)測(cè)試保證最有利于細(xì)胞貼附和生長。同時(shí)，與NUNC的細(xì)胞工廠操作儀結(jié)合使用，可全面實(shí)現(xiàn)細(xì)胞培養(yǎng)的自動(dòng)化，從而大大地減低勞動(dòng)強(qiáng)度和密集度。 這套系統(tǒng)使用很方便，可產(chǎn)生類似塑料培養(yǎng)瓶的效果。由組織培養(yǎng)級(jí)聚笨乙烯制成，使用后可隨意處理。其最大缺點(diǎn)是：經(jīng)胰酶消化后，很難將細(xì)胞完全洗出。 第四節(jié) 動(dòng)物細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)用生物反應(yīng)器簡(jiǎn)介 動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)能否大規(guī)模工業(yè)化、商業(yè)化，關(guān)鍵在于能否設(shè)計(jì)出合適的生物反應(yīng)器（bioreactor）。由于動(dòng)物細(xì)胞與微生物細(xì)胞有很大差異，傳統(tǒng)的微生物反應(yīng)器顯然不適用于動(dòng)物細(xì)胞的大規(guī)模培養(yǎng)。首先必須滿足在低剪切力及良好的混合狀態(tài)下，能夠提供充足的氧以供細(xì)胞生長及細(xì)胞進(jìn)行產(chǎn)物的合成。 一、生物反應(yīng)器分類 目前，動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)用生物反應(yīng)器主要包括：轉(zhuǎn)瓶培養(yǎng)器、塑料袋增殖器、填充床反應(yīng)器、多層板反應(yīng)器、螺旋膜反應(yīng)器、管式螺旋反應(yīng)器、陶質(zhì)矩形通道蜂窩狀反應(yīng)器、流化床反應(yīng)器、中空纖維及其它膜式反應(yīng)器、攪拌反應(yīng)器、氣升式反應(yīng)器等。 按其培養(yǎng)細(xì)胞的方式不同，這些反應(yīng)可分為以下三類： 1、懸浮培養(yǎng)用反應(yīng)器：如攪拌反應(yīng)器、中空纖維反應(yīng)器、陶質(zhì)矩形通道蜂窩狀反應(yīng)器、氣升式反應(yīng)器； 2、貼壁培養(yǎng)用反應(yīng)器：如攪拌反應(yīng)器（微載體培養(yǎng)）、玻璃珠床反應(yīng)器、中空纖維反應(yīng)器、陶質(zhì)矩形通道蜂窩狀反應(yīng)器； 3、包埋培養(yǎng)用反應(yīng)器：如流化床反應(yīng)器、固化床反應(yīng)器。 二、攪拌罐生長反應(yīng)器 這是最經(jīng)典、最早被采用的一種生物反應(yīng)器。此類反應(yīng)器與傳統(tǒng)的微生物生物反應(yīng)器類似，真對(duì)動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的特點(diǎn)，采用了不同的攪拌器及通氣方式。通過攪拌器的作用使細(xì)胞和養(yǎng)分在培養(yǎng)液中均勻分布，使養(yǎng)分充分被細(xì)胞利用，并增大氣液接觸面，有利于氧的傳遞。現(xiàn)已開發(fā)的有：籠式通氣攪拌器、雙層籠式通氣攪拌器、槳式攪拌器、海般式攪拌器等。 三、氣升式生物反應(yīng)器 1979年首次應(yīng)用氣升式生物反應(yīng)器成功的進(jìn)行了動(dòng)物細(xì)胞的懸浮培養(yǎng)。氣升式生物反應(yīng)器的話優(yōu)點(diǎn)： 罐內(nèi)液體流動(dòng)溫和均勻，產(chǎn)生剪切力小，對(duì)細(xì)胞損傷較??； 可直接噴射空氣供氧，因而氧傳遞率較高； 液體循環(huán)量大，細(xì)胞和養(yǎng)分都能均勻分布于培養(yǎng)液中； 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，利于密封并降低了造價(jià)。 常用的氣升式反應(yīng)器有三種：內(nèi)循環(huán)式氣升式、外循環(huán)式氣升式、內(nèi)外循環(huán)式氣升式生物反應(yīng)器。 四、鼓泡式生物反應(yīng)器 與氣升式反應(yīng)器相類似，是利用氣體鼓泡來進(jìn)行供氧及混合，其設(shè)計(jì)原理與氣升式生物反應(yīng)器也相同。 五、中空纖維生物反應(yīng)器 用途較廣，既可用于懸浮細(xì)胞的培養(yǎng)，又可用于貼壁細(xì)胞的培養(yǎng)。其原理是：模擬細(xì)胞在體內(nèi)生長的三維狀態(tài)，利用反應(yīng)器內(nèi)數(shù)千根中空纖維的縱向布置，提供細(xì)胞近似生理?xiàng)l件的體外生長微環(huán)境，使細(xì)胞不斷生長。中空纖維是一種細(xì)微的管狀結(jié)構(gòu)，管壁為極薄的半透膜，富含毛細(xì)管，培養(yǎng)時(shí)纖維管內(nèi)灌流充以氧氣的無血清培養(yǎng)液，管外壁則供細(xì)胞黏附生長，營養(yǎng)物質(zhì)通過半透膜從管內(nèi)滲透出來供細(xì)胞生長；對(duì)于血清等大分子營養(yǎng)物，劃必須從管外灌入，否則會(huì)被半透膜阻隔不能被細(xì)胞利用；細(xì)胞的代謝廢物也可通過半透膜滲入管內(nèi)，避免了過量代謝物對(duì)細(xì)胞的毒害作用。 優(yōu)點(diǎn)是： 占地空間少； 細(xì)胞產(chǎn)量高，細(xì)胞密度可達(dá)109數(shù)量級(jí)； 生產(chǎn)成本低，且細(xì)胞培養(yǎng)維持時(shí)間長，適用于長期分泌的細(xì)胞。 六、生物反應(yīng)器的設(shè)計(jì)和放大 設(shè)計(jì)的總體考慮是： ①結(jié)構(gòu)嚴(yán)密，能耐受蒸汽滅菌，采用對(duì)生物催化劑無害和耐蝕材料制作，內(nèi)壁光滑無死角，內(nèi)部附件盡量減少，以維持純種培養(yǎng)需要； ②有良好的氣-液接觸和液-固混和性能和熱量交換性能，使質(zhì)量與熱量傳遞有效地進(jìn)行； ③保證產(chǎn)物質(zhì)量和產(chǎn)量前提下，盡量節(jié)省能源消耗； ④減少泡沫產(chǎn)生，或附有消沫裝置以提高裝料系數(shù)，并有必要可靠的參數(shù)檢測(cè)和控制儀表并能與計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)。 生物反應(yīng)器的放大一種新的生物技術(shù)產(chǎn)品從實(shí)驗(yàn)室到工業(yè)生產(chǎn)的開發(fā)過程中，會(huì)遇到生物反應(yīng)器的逐級(jí)放大問題，每一級(jí)約放大10～100倍。生物反應(yīng)器的放大，表面看來僅是一個(gè)體積或尺度放大問題，實(shí)際上并不是那么簡(jiǎn)單。 反應(yīng)器放大研究雖已提出了不少方法，但還沒有一種是普遍都能適用的。目前還只能是半理論半經(jīng)驗(yàn)的，即抓住反應(yīng)過程中的少量關(guān)鍵性參數(shù)或現(xiàn)象進(jìn)行放大。 有關(guān)氧傳遞問題在生物反應(yīng)器中，氧的傳遞速率要滿足細(xì)胞對(duì)氧的攝取速率，并使反應(yīng)器中溶解氧的濃度CL要維持在一定水平上。這就是說，在穩(wěn)態(tài)情況下，供氧與需氧間存在下列關(guān)系：KLa(C*-CL)=r 此處， KLa為氧的傳遞系數(shù)；C*為相當(dāng)氣相氧分壓的溶氧濃度，CL為培養(yǎng)液中溶氧濃度，r為攝氧率。 影響供氧的因素從上式可知r=KLa(C*-CL)；因此影響供氧的因素總體上講是KLa和C*-CL值。 要增大C*-CL，無非是增大C*值或降低CL值。增大C*的措施，有適當(dāng)增加反應(yīng)器中操作壓力和增大氣相中的氧分壓兩個(gè)方法。在實(shí)際操作中，反應(yīng)器保持一定正壓，以防止大氣中的雜菌從軸封、閥門等處侵入，但在增加罐壓的同時(shí)，發(fā)酵代謝所產(chǎn)生的CO2也會(huì)更多地溶解于培養(yǎng)液而對(duì)發(fā)酵不利。至于CL值，一般不允許過分減小，因?yàn)榧?xì)胞在生長中有一個(gè)臨界氧濃度，低于此臨界值，細(xì)胞的呼吸將受到抑制。 影響KLa的因素大致可分為三個(gè)方面：一是反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)，包括相對(duì)幾何尺寸的比例；二是操作條件，如攪拌功率或循環(huán)泵功率的輸入量，通氣量等；三是培養(yǎng)或發(fā)酵液的物理化學(xué)性質(zhì)，如流變特性，特別是其粘度或顯示粘度、表面張力、擴(kuò)散系數(shù)、細(xì)胞形態(tài)、泡沫程度等。 生物反應(yīng)器中的傳熱在細(xì)胞培養(yǎng)和發(fā)酵過程中，熱量的釋放是普遍存在的。這是因?yàn)樵谂囵B(yǎng)或發(fā)酵過程中細(xì)胞與周圍環(huán)境的物質(zhì)產(chǎn)生新陳代謝，即發(fā)生異化（分解）作用和同化（合成）作用，而異化作用一般釋放能量，同化作用則是吸收能量。同化作用包括細(xì)胞生長、繁殖、產(chǎn)物形成所需能量來自細(xì)胞對(duì)培養(yǎng)基中的基質(zhì)及營養(yǎng)成分的異化。從熱力學(xué)角度講，異化所產(chǎn)生能量必然應(yīng)多于同化所需要能量，而多余的能量則轉(zhuǎn)化為熱能釋放到周圍環(huán)境中去。無論是涉及細(xì)胞或酶的反應(yīng)中，釋放出的熱量都應(yīng)及時(shí)移去，以免影響過程的正常進(jìn)行，為此在生物反應(yīng)器中一般都附有冷卻裝置。 第五節(jié) 微載體培養(yǎng)技術(shù)（microcarrier culture technique） 一、微載體培養(yǎng)應(yīng)用 此技術(shù)于1967年被用于動(dòng)物細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)。經(jīng)過三十余年的發(fā)展，該技術(shù)目前已漸日趨完善和成熟，并廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)疫苗、基因工程產(chǎn)品等。微載體培養(yǎng)是目前公認(rèn)的最有發(fā)展前途的一種動(dòng)物細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)技術(shù)，其兼具懸浮培養(yǎng)和貼壁培養(yǎng)的優(yōu)點(diǎn)，放大容易。目前微載體培養(yǎng)廣泛用于培養(yǎng)各種類型細(xì)胞，生產(chǎn)疫苗、蛋白質(zhì)產(chǎn)品，如293細(xì)胞、成肌細(xì)胞、Vero細(xì)胞、CHO細(xì)胞。 使用較多的反應(yīng)器有兩種：貝朗公司的BIOSTAT?B反應(yīng)器，使用雙槳葉無氣泡通氣攪拌系統(tǒng)；NBS公司的CelliGen、CelliGen PlusTM和Bioflo3000反應(yīng)器，使用Cell-lift雙篩網(wǎng)攪拌系統(tǒng)。兩種系統(tǒng)都能實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)細(xì)胞和收獲產(chǎn)物的有效分離。 二、微載體 是指直徑在60-250μm，能適用于貼壁細(xì)胞生長的微珠。一般是由天然葡聚糖或者各種合成的聚合物組成。自Van Wezel用DEAE-Sephadex A 50 研制的第一種微載體問世以來，國際市場(chǎng)上出售的微載體商品的類型已經(jīng)達(dá)十幾種以上，包括液體微載體、大孔明膠微載體、聚苯乙烯微載體、PHEMA微載體、甲殼質(zhì)微載體、聚氨酯泡沫微載體、藻酸鹽凝膠微載體以及磁性微載體等。常用商品化微載體有三種：Cytodex1、2、3，Cytopore和Cytoline。 微載體的大小：增大單位體積內(nèi)表面積（S/F）對(duì)細(xì)胞的生長非常有利。使微載體直徑盡可能小，最好控制在100-200μm之間。 微載體的密度：一般為1.03-1.05g/cm2，隨著細(xì)胞的貼附及生長，密度可逐漸增大。 微載體的表面電荷：據(jù)研究，控制細(xì)胞貼壁的基本因素是電荷密度而不是電荷性質(zhì)。若電荷密度太低，細(xì)胞貼附不充分，但電荷密度過大，反而會(huì)產(chǎn)生“毒性”效應(yīng)。 三、微載體培養(yǎng)原理與操作 1、原理：其原理是將對(duì)細(xì)胞無害的顆粒-微載體加入到培養(yǎng)容器的培養(yǎng)液中，作為載體，使細(xì)胞在微載體表面附著生長，同時(shí)通過持續(xù)攪動(dòng)使微載體始終保持懸浮狀態(tài)。 貼壁依賴性細(xì)胞在微載體表面上的增殖，要經(jīng)歷黏附貼壁、生長和擴(kuò)展成單層三個(gè)階段。細(xì)胞只有貼附在固體基質(zhì)表面才能增殖，故細(xì)胞在微載體表面的貼附是進(jìn)一步鋪展和生長的關(guān)鍵。黏附主要是靠靜電引力和范德華力。細(xì)胞能否在微載體表面黏附，主要取決于細(xì)胞與微載體的接觸概率和相融性。 2、攪拌轉(zhuǎn)速：由于動(dòng)物細(xì)胞無細(xì)胞壁，對(duì)剪切力敏感，因而無法靠提高攪拌轉(zhuǎn)速來增加接觸概率。通常的操作方式是：在貼壁期采用低攪拌轉(zhuǎn)速，時(shí)攪時(shí)停；數(shù)小時(shí)后，待細(xì)胞附著于微載體表面時(shí)，維持設(shè)定的低轉(zhuǎn)速，進(jìn)入培養(yǎng)階段。微載體培養(yǎng)的攪拌非常慢，最大速度75r/min。 3、細(xì)胞與微載體的相融性，是與微載體表面理化性質(zhì)有關(guān)。一般細(xì)胞在進(jìn)入生理PH值時(shí)，表面帶負(fù)電荷。若微載體帶正電荷，則利用靜電引力可加快細(xì)胞貼壁速度。若微載體帶負(fù)電荷，因靜電斥力使細(xì)胞難于黏附貼壁，但培養(yǎng)液中溶有或微載體表面吸附著二價(jià)陽離子作為媒介時(shí)，則帶負(fù)電荷的細(xì)胞也能貼附。 4、細(xì)胞在微載體表面的生長 影響細(xì)胞在微載體表面生長的因素很多，主要有三個(gè)方面。 在細(xì)胞方面，如細(xì)胞群體、狀態(tài)和類型。 在微載體方面，如微載體表面狀態(tài)、吸附的大分子和離子；微載體表面光滑時(shí)細(xì)胞擴(kuò)展快，表面多孔則擴(kuò)展慢。 在培養(yǎng)環(huán)境中，如培養(yǎng)基組成、溫度、pH、DC以及代謝廢物等均明顯影響細(xì)胞在微載體上的生長。如果所處條件最優(yōu)，則細(xì)胞生長快；反之生長速度慢。 5、微載體培養(yǎng)操作要點(diǎn) 培養(yǎng)初期：保證培養(yǎng)基與微球體處于穩(wěn)定的PH與溫度水平，接種細(xì)胞（對(duì)數(shù)生長期，而非穩(wěn)定期）至終體積1/3的培養(yǎng)液中，以增加細(xì)胞與微載體接觸的機(jī)會(huì)。不同的微載體所用濃度及接種細(xì)胞密度是不同的。常使用2-3g/L的微載體含量，更高的微載體濃度需要控制環(huán)境或經(jīng)常換液。 貼壁階段（3-8d）后，緩慢加入培養(yǎng)液至工作體積，并且增加攪拌速度保證完全均質(zhì)混合。 培養(yǎng)維持期：進(jìn)行細(xì)胞計(jì)數(shù)（胞核計(jì)數(shù)）、葡萄糖測(cè)定及細(xì)胞形態(tài)鏡檢。隨意細(xì)胞增殖，微球變得越來越重，需增加攪拌速率。經(jīng)過3d左右，培養(yǎng)液開始呈酸性，需換液：停止攪拌，讓微珠沉淀5min，棄掉適宜體積的培養(yǎng)液，緩慢加入新鮮培養(yǎng)液（37℃），重新開始攪拌。 收獲細(xì)胞：首先排干培養(yǎng)液，至少用緩沖液漂洗1遍，然后加入相應(yīng)的酶，快速攪拌（75-125r/min）20-30min。然后解離收集細(xì)胞及其產(chǎn)品。 微載體培養(yǎng)的放大：可以通過增加微載體的含量或培養(yǎng)體積進(jìn)行放大。使用異倍體或原代細(xì)胞培養(yǎng)生產(chǎn)疫苗、干擾素，已被放大至4000L以上。 四、微載體大規(guī)模細(xì)胞培養(yǎng)的生物反應(yīng)器系統(tǒng) 此技術(shù)大規(guī)模培養(yǎng)，細(xì)胞擴(kuò)增的效率受到諸多因素的影響和限制，其中主要的限制性因素包括：細(xì)胞對(duì)剪切力的敏感性、氧的傳遞以及傳代和擴(kuò)大培養(yǎng)等。而研制的各種類型生物反應(yīng)器系統(tǒng)則可針對(duì)上述限制性因素，為微載體細(xì)胞培養(yǎng)與擴(kuò)增提供低剪切力、高氧傳遞效率、易于細(xì)胞傳代等適宜的外部環(huán)境。已較多使用的微載體培養(yǎng)系統(tǒng)生物反應(yīng)器，可以實(shí)行計(jì)算機(jī)控制操作，培養(yǎng)攪拌速度及懸浮均勻程度、溫度變化、PH穩(wěn)定及溶氧供應(yīng)（O2 、N2 、CO2、空氣四種純化氣體按比例調(diào)節(jié)）、罐壓、培養(yǎng)體積和通氣量等參數(shù)全部由電腦自動(dòng)控制。因此，應(yīng)用生物反應(yīng)器系統(tǒng)進(jìn)行微載體細(xì)胞大規(guī)模擴(kuò)增具有明顯優(yōu)勢(shì)，目前國外相繼研制了數(shù)種適合進(jìn)行微載體大規(guī)模細(xì)胞培養(yǎng)的生物反應(yīng)器系統(tǒng)，如攪拌式生物反應(yīng)器系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)式生物反應(yīng)器系統(tǒng)以及灌注式生物反應(yīng)器系統(tǒng)等。 1、攪拌式生物反應(yīng)器系統(tǒng) 攪拌式生物反應(yīng)器系統(tǒng)在微載體細(xì)胞大規(guī)模擴(kuò)增研究領(lǐng)域已有較長的研究歷史，但因該細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)容易產(chǎn)生過大的剪切力，從而限制了其應(yīng)用范圍。盡管如此，由于該系統(tǒng)具有簡(jiǎn)單、實(shí)用及價(jià)格低廉等特點(diǎn)，國內(nèi)外仍有不少應(yīng)用該系統(tǒng)成功進(jìn)行細(xì)胞大規(guī)模擴(kuò)增的研究報(bào)道。例如，Werner A（2000年）成功地在該系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行了肝細(xì)胞大規(guī)模擴(kuò)增的研究。 2、灌注式生物反應(yīng)器系統(tǒng) 灌流培養(yǎng)是目前研究熱點(diǎn)之一。它的特點(diǎn)是不斷地加入新鮮培養(yǎng)基以及不斷地抽走含細(xì)胞代謝廢物的消耗培養(yǎng)基，使細(xì)胞得以在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的生長環(huán)境內(nèi)增殖，即省時(shí)省力，又減少了細(xì)胞發(fā)生污染的機(jī)會(huì)，且可以提高細(xì)胞密度10倍以上。 3、旋轉(zhuǎn)生物反應(yīng)器 近年來，旋轉(zhuǎn)生物反應(yīng)器系統(tǒng)（RCCS）已經(jīng)成為應(yīng)用微載體技術(shù)進(jìn)行細(xì)胞大規(guī)模擴(kuò)增的一種較常用細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)。該系統(tǒng)是基于美國航空航天局為模擬空間微重力效應(yīng)而設(shè)計(jì)的一種生物反應(yīng)器。RCCS既可以用于微載體大規(guī)模細(xì)胞培養(yǎng)，又能在其內(nèi)培育細(xì)胞與支架形成的三維空間復(fù)合體。至今，近百種組織細(xì)胞均在該系統(tǒng)內(nèi)成功進(jìn)行了大規(guī)模擴(kuò)增。 五、微載體培養(yǎng)優(yōu)點(diǎn) 表面積/體積（S/V）大，因此單位體積培養(yǎng)液的細(xì)胞產(chǎn)率高； 把懸浮培養(yǎng)和貼壁培養(yǎng)融合在一起，兼有兩者的優(yōu)點(diǎn)； 可用簡(jiǎn)單的顯微鏡觀察細(xì)胞在微珠表面的生長情況； 簡(jiǎn)化了細(xì)胞生長各種環(huán)境因素的檢測(cè)和控制，重現(xiàn)性好； 培養(yǎng)基利用率較高； 放大容易； 細(xì)胞收獲過程不復(fù)雜； 勞動(dòng)強(qiáng)度?。?/p> 培養(yǎng)系統(tǒng)占地面積和空間小。 第五章 常見組織細(xì)胞的培養(yǎng)方法 體內(nèi)組織細(xì)胞在體外培養(yǎng)時(shí)，所需培養(yǎng)環(huán)境基本相似，但由于物種、個(gè)體遺傳背景及所處發(fā)育階段等的不同，各自要求條件有一定差別，所采取的培養(yǎng)技術(shù)措施亦不盡相同，現(xiàn)介紹個(gè)別組織細(xì)胞培養(yǎng)的要點(diǎn)如下: 第一節(jié) 上皮細(xì)胞培養(yǎng) 上皮細(xì)胞包括腺上皮是很多器官如肝、胰、乳腺等的功能成分，又由于癌起源于上皮組織，故上皮細(xì)胞培養(yǎng)特別受到重視。但上皮細(xì)胞培養(yǎng)中?；祀s有成纖維細(xì)胞，培養(yǎng)時(shí)生長速度往往超過上皮細(xì)胞，并難以純化，同時(shí)上皮細(xì)胞難以在體外長期生存，因此純化和延長生存時(shí)間是培養(yǎng)關(guān)鍵。 體內(nèi)上皮細(xì)胞生長在膠原構(gòu)成的基膜，因此培養(yǎng)在有膠原的底物上可能利于生長，另外人或小鼠表皮細(xì)胞培養(yǎng)在以3T3細(xì)胞為飼養(yǎng)層（用射線照射后）時(shí)，細(xì)胞易生長并可發(fā)生一定程度的分化現(xiàn)象。降低PH、Ca2+含量和溫度，向培養(yǎng)基中加入表皮生長因子，均有利于表皮細(xì)胞生長。 以表皮細(xì)胞為例，用皮膚表皮和真皮分離培養(yǎng)法可獲得純上皮細(xì)胞，其法如下（黑木凳志夫 1981） 1、取材：外科植皮或手術(shù)殘余皮膚小塊，早產(chǎn)流產(chǎn)兒皮膚更好，取角化層薄者，切成0.5－1平方厘米小塊。 2、置0.02%EDTA中，室溫，5分鐘。 3、換入0.25%胰蛋白酶中，4℃過夜。 4、分離：取出皮塊，用血管鉗或鑷子將表皮與真皮層分開。 5、取出表皮，剪成更小的塊后，置0.25%胰酶中，37℃，30—60分鐘。 6、反復(fù)吹打，制成懸液。 7、培養(yǎng)：用80目不銹鋼紗網(wǎng)濾過后，低速離心，吸去上清。 8、直接加入培養(yǎng)基（Eagle加20%小牛血清）制成細(xì)胞懸液，接種入培養(yǎng)瓶，CO2溫箱培養(yǎng)。 第二節(jié) 內(nèi)皮細(xì)胞培養(yǎng) 內(nèi)皮細(xì)胞易于從大血管分離培養(yǎng)成單層細(xì)胞，對(duì)于研究內(nèi)皮細(xì)胞再生、腫瘤促血管生長因子（TAF）等有很大價(jià)值。 研究人內(nèi)皮細(xì)胞培養(yǎng)以人臍帶靜脈灌流消化法最為簡(jiǎn)便，其法如下： 1、產(chǎn)后新鮮臍帶，無菌剪取10—15厘米長一段，如不能立即培養(yǎng)，可于12小時(shí)內(nèi)保存于4℃。 2、用三通注射器吸取溫PBS液注入臍靜脈中洗去殘血，在入口處用線繩扎緊，以防液體返流。 3、用血管鉗夾緊臍帶一端，從另一端向臍靜脈中徐徐注入終濃度為0.1%的粗制膠原酶，充滿血管，消化3—10分鐘；注入口用線繩扎，以防液體返流。 4、吸出含有內(nèi)皮細(xì)胞的消化液，于離心管中，注入溫PBS輕輕反復(fù)沖洗后，一并注入離心管中（此步驟可重復(fù)）。 5、離心去上清，加入RPMI1640培養(yǎng)液制成細(xì)胞懸液，接種入培養(yǎng)器皿中，置溫箱培養(yǎng)。兩至三天可見細(xì)胞長成單層。 第三節(jié) 神經(jīng)細(xì)胞培養(yǎng) 神經(jīng)細(xì)胞（神經(jīng)元）不易培養(yǎng)，只有在適宜情況下，如接種在膠原底層上，或加入神經(jīng)生長因子和膠質(zhì)細(xì)胞因子時(shí)，可出現(xiàn)一定程度的分化，長出突起等現(xiàn)象，但很難使之增值。而神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞是神經(jīng)組織中比較容易培養(yǎng)的成分。 人、鼠等腦組織即可用于神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞培養(yǎng)，不僅能獲得生長的膠質(zhì)細(xì)胞，也可形成能傳代的二倍體細(xì)胞系。一般說來，膠質(zhì)細(xì)胞在培養(yǎng)中生長不穩(wěn)定，不易自發(fā)轉(zhuǎn)化，但對(duì)外界因素仍保持很好的敏感性，可用ROUS病毒和SV4等誘發(fā)轉(zhuǎn)化。 一、設(shè)備： 無菌操作設(shè)備。 二、大型設(shè)備CO2 培養(yǎng)箱：恒溫5%、10%CO2維持培養(yǎng)液中pH值。 倒置顯微鏡：用于每天觀察貼壁細(xì)胞生長情況。 解剖顯微鏡，用于準(zhǔn)確地取材。 常溫冰箱：-4℃，用于保存各種培養(yǎng)液，解剖液和鼠尾膠。 低溫冰箱：-20℃--80℃，用于儲(chǔ)存血清酶，貴重物品和試劑。 電熱干烤箱：用于消毒玻璃器皿。 高壓消毒鍋：用于消毒培養(yǎng)皿，手術(shù)器械。 過濾器：配制解剖液、培養(yǎng)液，必須過濾后才可使用，以去除細(xì)菌。 滲透壓儀，pH劑，天平等。 三、培養(yǎng)器皿及手術(shù)器械 1、培養(yǎng)皿：常用35mm塑料及玻璃皿，解剖取材用15mm-90mm直徑。 2、培養(yǎng)板，24-40孔，可用于開放培養(yǎng)。 3、培養(yǎng)瓶： 4、吸管，常用1，5，10ml，均需泡酸、洗滌、滅菌后方可使用。 5、各類培養(yǎng)液貯存器。 6、小型手術(shù)器械。 準(zhǔn)備： 一、配制培養(yǎng)液 （1）解剖液：以無機(jī)鹽（去除Ca2+ , Mg2+）加葡萄糖配制成PBS緩沖液，保持一定的滲透壓和pH值。 （2）基礎(chǔ)培養(yǎng)基（MEM）：主要為多種氨基酸，加入葡萄糖，雙蒸餾水溶解。 （3）接種培養(yǎng)液：用于胰酶消化后的細(xì)胞分散，做成細(xì)胞懸液，其成分為MEM含1%谷氨酰胺，另加入10%馬血清，當(dāng)天配制。 （4）維持培養(yǎng)液：接種后24h，全部換成此液，后每2周換一次，每次換1/2。其成分為MEM中含5%馬血清，1%谷氨酰胺，及適量的支持性營養(yǎng)物質(zhì)。 二、培養(yǎng)基質(zhì) 常用鼠尾膠、小牛皮膠，多聚賴氨酸，再涂膠 三、消毒培養(yǎng)皿的備用。所有培養(yǎng)器皿均需清水沖洗2-3d，達(dá)兩次ddH2O，每遍洗刷3-4次，加塞包裝，置于烤箱中干燥消毒，于培養(yǎng)前1天進(jìn)行。 神經(jīng)細(xì)胞分散培養(yǎng) （一）選材 常用胚胎動(dòng)物或新生鼠神經(jīng)組織。雞胚常用胚齡6-8d，新生鼠或胎鼠（12-14d）或人胚胎。不過也有認(rèn)為與組織相關(guān)。如大白鼠胚胎以19d為宜，小鼠以18d為宜，大鼠紋狀體以10d為宜；若紋狀體與黑質(zhì)聯(lián)合培養(yǎng)的大鼠胚，則黑質(zhì)以13d，紋狀體18-21d為宜；小腦以20-21d小鼠胚胎，所獲蒲氏細(xì)胞成活率高，顆粒細(xì)胞正在分化；脊髓與DRG聯(lián)合培養(yǎng)，常用4-7d雞胚或12-14d小鼠胚胎，取材易，神經(jīng)成活率高。 （二）取材。腦則取出相應(yīng)組織，在解剖液中先剪碎，以使胰酶消化。脊髓則固定于瓊脂板上，用小刀將其要成背腹兩側(cè)，分別培養(yǎng)。 （三）細(xì)胞分離與接種。神經(jīng)組織用0.125-0.25%胰蛋白酶在37℃孵育30min，移入接種液，停止消化，并洗去胰蛋白酶液，用細(xì)口吸管吹打細(xì)胞懸液，使其充分分散，如此多次，待沉淀后吸出上層細(xì)胞懸液，計(jì)數(shù)，預(yù)置細(xì)胞密度，接種于培養(yǎng)皿（1×106），做電生理應(yīng)為5×105或更低。 （四）抑制膠質(zhì)細(xì)胞生長。培養(yǎng)3-5d后，也有人認(rèn)為培養(yǎng)7d后，用阿糖胞苷，或5-FU抑制神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的生長。 （五）觀察。接種6-12h，開始貼壁，并有集合現(xiàn)象，細(xì)胞生長突起明顯，5-7d膠質(zhì)細(xì)胞增生明顯，7-10d膠質(zhì)細(xì)胞成片于神經(jīng)細(xì)胞下面，形成地毯，2周時(shí)神經(jīng)細(xì)胞生長最豐滿，四周暈光明顯，一個(gè)月后，有些神經(jīng)細(xì)胞開始退化，變形，甚至出現(xiàn)空泡，一般培養(yǎng)2-4周最宜。 但神經(jīng)細(xì)胞只能增大，而不能增殖，只能原代，不能傳代，不會(huì)有細(xì)胞周期，而且隨培養(yǎng)時(shí)間的延長，細(xì)胞數(shù)量在下降，但膠質(zhì)細(xì)胞可以，神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞也可以。在培養(yǎng)過程中，早期9-12d時(shí)，有較多的神經(jīng)細(xì)胞死亡，這是第一次死亡階段，應(yīng)注意保持條件的恒定。在此之后存活下去的細(xì)胞一般突起長而多，且相互形成突觸。 （六）常用培養(yǎng)細(xì)胞實(shí)驗(yàn)有：FCM的蛋白總量分析；膜片鉗與離子通道的分析；免疫組化分析； 但免疫組化分析應(yīng)注意，由于抗體直接作用于活細(xì)胞，不易穿透活細(xì)胞，故對(duì)核內(nèi)抗原定位時(shí)，首先考慮膜對(duì)抗體的通透性問題。常用化學(xué)試劑以增加其通透性或采用冰凍方法解決。 在免疫組化中，或其它組織學(xué)染色中，常用不同的染色方法以區(qū)分不同細(xì)胞，如半乳糖腦苷脂對(duì)小樹突膠質(zhì)細(xì)胞標(biāo)記明顯；GFAP對(duì)星形膠質(zhì)細(xì)胞具有特異性染色等。這對(duì)研究神經(jīng)系統(tǒng)中膠質(zhì)細(xì)胞功能具有極大的應(yīng)用價(jià)值。神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞以往多被忽視，其在腦血管疾?。ㄈ缛毖該p傷）、退行性疾?。ㄈ鏏D、PD）、損傷后膠質(zhì)細(xì)胞的填充等具有不可忽視的作用。它也是神經(jīng)細(xì)胞功能和營養(yǎng)支持的物質(zhì)基礎(chǔ)。 第四節(jié) 肌組織細(xì)胞培養(yǎng) 各種肌組織均可用于培養(yǎng)，以心肌和骨骼肌較實(shí)用。 （－）骨骼肌細(xì)胞培養(yǎng) 1、出生1一2天的乳鼠，引頸處死。 2、無菌取大腿肌組織，切成0.3一0.5cm2小塊后，用不含鈣鎂離子的Hanks液配的0.25%胰蛋白酶消化，無菌紗網(wǎng)或紗布濾過。 3、計(jì)數(shù)調(diào)整細(xì)胞密度。 4、快接種量2×106/皿入培養(yǎng)基培養(yǎng)。 5、培養(yǎng)基內(nèi)含10%小牛血清，可加1%的胎汁以促進(jìn)分化。 接種在膠原或膠原的底物上能促進(jìn)細(xì)胞分化，明膠配置：用Hanks液配成0.01%明膠。 該細(xì)胞接種率約50%，細(xì)胞生長開始呈紡錘形，培養(yǎng)50－52小時(shí)后出現(xiàn)融合形成肌細(xì)胞狀多核纖維。數(shù)日后融合停止，此時(shí)可觀察到橫紋，一般在融合后二、三天內(nèi)能見到收縮現(xiàn)象。 （二）心肌細(xì)胞培養(yǎng) 心肌細(xì)胞是最早的培養(yǎng)材料，Carrel曾長期培養(yǎng)過心肌組織，至今心肌仍不失為好的培養(yǎng)物，最常用的是雞胚心肌。 心肌比較容易培養(yǎng)和生長，可用懸滴培養(yǎng)、組織塊培養(yǎng)和消化培養(yǎng)法，均可獲良好的效果。取心室肌培養(yǎng)較好，原代培養(yǎng)的雞胚心肌呈紡錘形，培養(yǎng)成功時(shí)，一周后可見節(jié)律性收縮現(xiàn)象。 第五節(jié) 巨噬細(xì)胞培養(yǎng) 巨噬細(xì)胞屬免疫細(xì)胞，有多種功能，是研究細(xì)胞吞噬、細(xì)胞免疫和分子免疫學(xué)的重要對(duì)象。巨噬細(xì)胞容易獲得，便于培養(yǎng)，并可進(jìn)行純化。巨噬細(xì)胞屬不繁殖細(xì)胞群，在條件適宜下可生活2－3周，多用做原代培養(yǎng)，難以長期生存。 巨噬細(xì)胞也建有無限細(xì)胞系，大多來自小鼠，如P331、S774A.1、RAW309Cr.l等，均獲惡性，培養(yǎng)中呈巨噬細(xì)胞形態(tài)和吞噬功能，易于傳代和瓶壁分離，但難以建株。 培養(yǎng)巨噬細(xì)胞可用各樣方法和各種來源來獲取細(xì)胞，以小鼠腹腔取材法最為實(shí)用，其法如下： 1、實(shí)驗(yàn)前三天，向小鼠腹腔內(nèi)注入無菌硫羥乙酸肉湯lml（勿注入腸內(nèi)?。源塘鳟a(chǎn)生大量的巨噬細(xì)胞。 2、引頸處死小鼠。 3、手提鼠尾將其全浸入70%乙醇中3－5秒。 4、置動(dòng)物于解剖臺(tái)，用針頭固定四肢，持鑷撕開腹部皮膚，但勿傷及腹膜壁，把皮膚拉向上下兩側(cè)，暴露出腹膜壁。 5、用70%酒精擦洗腹膜壁，注射器吸10ml Eagle液注入腹腔中，同時(shí)用手指從兩側(cè)壓揉腹膜壁，使液體在腹腔內(nèi)流動(dòng)。 6、用針頭輕挑起腹壁并微傾向一側(cè)．使腹腔中液體集中于針頭下吸取入針管內(nèi)。 7、小心拔出針頭，把液體注入離心管。 8、4℃下250g離心10分鐘后，去上清，加10ml Eagle培養(yǎng)基。 9、計(jì)數(shù)細(xì)胞。每只鼠可產(chǎn)生20一30×106細(xì)胞，其中90%為巨噬細(xì)胞。 10、以3×105個(gè)貼附細(xì)胞/平方厘米接種。 11、接種數(shù)小時(shí)后，除去培養(yǎng)液，可去除其它白細(xì)胞，純化培養(yǎng)細(xì)胞，用Eagle液沖洗1一2次，再加新Eagle培養(yǎng)液置CO2溫箱中。 第六節(jié) 腎小球分離、移植培養(yǎng) SD大鼠頸椎脫臼法處死，75%乙醇浸泡1～2分鐘，2次，置超凈臺(tái)內(nèi)，打開腹腔取出腎臟剪碎，置含Hank's液的無菌培養(yǎng)皿洗滌，置80目不銹鋼篩網(wǎng)上。用扁平自制小鏟輕輕碾磨產(chǎn)物微小組織透過篩網(wǎng)，濾過組織Hank's液混合物用吸管吸至120目不銹鋼篩網(wǎng)，濾過，去小組織塊，濾過物吸至200目不銹鋼篩網(wǎng)，輕輕濾過，Hank's液洗滌1次，收集網(wǎng)上腎小球，鏡下觀察為分離良好的腎小球。 腎小球用0.2%胰酶、0.1%膠原酶，37℃消化20分鐘，加血清終止胰酶反應(yīng)，離心除去膠原酶。處理過的腎小球計(jì)數(shù)后接種至24孔培養(yǎng)板或25ml培養(yǎng)瓶，使腎小球大于60個(gè)/cm2，加培養(yǎng)基5～10ml（培養(yǎng)基組成：F12—3T3上清1：1；5%馬血清；2.5%胎牛血清；胰島素5μg/ml；25ng/ml氫化可的松；5μg/ml轉(zhuǎn)鐵蛋白；25ng/ml前列腺素E1；甲狀腺素0.02ng/ml；D-纈氨酸150ng/ml）腎小球培養(yǎng)8～10天，去除腎小球未生長組分，細(xì)胞繼續(xù)培養(yǎng)24小時(shí)，形態(tài)學(xué)觀察：細(xì)胞生長成單層多角型細(xì)胞，直徑約100μm。 第七節(jié) 裸小鼠移植瘤單細(xì)胞分離培養(yǎng) 無菌條件下取出小鼠移植瘤組織，剪成1mm3小塊，用0.5%膠原酶室溫消化30分鐘到1小時(shí)，再加等體積0.2%胰酶消化5～8分鐘，在消化過程中用吸管吹打組織塊或用自制裝置（分別作為加樣和收集器的兩個(gè)注射器中間加一小濾器連接而成，濾器中間墊兩層絲質(zhì)材料以隔斷組織塊與單細(xì)胞）來回推動(dòng)注射器吹打組織以分離單細(xì)胞，終止酶消化方法同上。 常規(guī)方法接種培養(yǎng)收獲細(xì)胞。 第六章 腫瘤細(xì)胞的培養(yǎng) 腫瘤細(xì)胞在組織培養(yǎng)中占有核心的位置，首先癌細(xì)胞是比較容易培養(yǎng)的細(xì)胞。當(dāng)前建立的細(xì)胞系中癌細(xì)胞系是最多的。另外腫瘤對(duì)人類是威脅最大的疾病。腫瘤細(xì)胞培養(yǎng)是研究癌變機(jī)理、抗癌藥檢測(cè)、癌分子生物學(xué)極其重要的手段。腫瘤細(xì)胞培養(yǎng)對(duì)闡明和解決癌癥將起著不可估量的作用。 一、組織培養(yǎng)腫瘤細(xì)胞生物學(xué)特性 腫瘤細(xì)胞與體內(nèi)正常細(xì)胞相比，不論在體內(nèi)或在體外，在形態(tài)、生長增值、遺傳性狀等方面都有顯著的不同。生長在體內(nèi)的腫瘤細(xì)胞和在體外培養(yǎng)的腫瘤細(xì)胞，其差異較小，但也并非完全相同。培養(yǎng)中的腫瘤細(xì)胞具以下突出特點(diǎn)： （－）形態(tài)和性狀 培養(yǎng)中癌細(xì)胞無光學(xué)顯微鏡下特異形態(tài)，大多數(shù)腫瘤細(xì)胞鏡下觀察比二倍體細(xì)胞清晰，核膜、核仁輪廓明顯，核糖體顆粒豐富。電鏡觀察癌細(xì)胞表面的微絨毛多而細(xì)密，微絲走行不如正常細(xì)胞規(guī)則，可能與腫瘤細(xì)胞具有不定向運(yùn)動(dòng)和錨著不依賴性有關(guān)。 （二）生長增殖 腫瘤細(xì)胞在體內(nèi)具有不受控增殖性，在體外培養(yǎng)中仍如此。正常二倍體細(xì)胞在體外培養(yǎng)中不加血清不能增殖，是因血清中含有很細(xì)胞增殖生長的因子，而癌細(xì)胞在低血清中（2％～5％）仍能生長。已證明腫瘤細(xì)胞有自泌或內(nèi)泌性產(chǎn)生促增殖因子能力。正常細(xì)胞發(fā)生轉(zhuǎn)化后，出現(xiàn)能在低血清培養(yǎng)基中生長的現(xiàn)象，已成為檢測(cè)細(xì)胞惡變的一個(gè)指標(biāo)。癌細(xì)胞或培養(yǎng)中發(fā)生惡性轉(zhuǎn)化后的單個(gè)細(xì)胞培養(yǎng)時(shí)，形成集落（克?。┑哪芰Ρ日＜?xì)胞強(qiáng)。另外癌細(xì)胞增殖數(shù)量增多擴(kuò)展時(shí)，接觸抑制消除，細(xì)胞能相互重疊向三維空間發(fā)展，形成堆積物。 （三）永生性 永生性也稱不死性。在體外培養(yǎng)中表現(xiàn)為細(xì)胞可無限傳代而不凋亡（Apoptosis）。體外培養(yǎng)中的腫瘤細(xì)胞系或細(xì)胞株都表現(xiàn)有這種性狀，體內(nèi)腫瘤細(xì)胞是否如此尚無直接證明。因惡性腫瘤終將殺死宿主并同歸于盡，從而難以證明這一性狀的存在。體外腫癌細(xì)胞的永生性是否能反證它在體內(nèi)時(shí)同樣如此？也尚難肯定。從近年建立細(xì)胞系或株的過程說明，如果永生性是體內(nèi)腫瘤細(xì)胞所固有的，腫瘤細(xì)胞應(yīng)易于培養(yǎng)。事實(shí)上，多數(shù)腫瘤細(xì)胞初代培養(yǎng)時(shí)并不那么容易。生長增殖并不旺盛；經(jīng)過純化成單一化瘤細(xì)胞后，也大多增殖若干代后，便出現(xiàn)類似二倍體細(xì)胞培養(yǎng)中的停滯期。過此階段后才獲得永生性，順利傳代生長下去。從而說明體外腫瘤細(xì)胞的永生性有可能是體外培養(yǎng)后獲得的。從一些具有永生性而無惡性性的細(xì)胞系，如NIH3T3、Rat－1、10T1/2等細(xì)胞證明，永生性和惡性（包括浸潤性）是兩種性狀，受不同基因調(diào)控，但卻有相關(guān)性?？赡苡郎允羌?xì)胞惡變的階段。至少在體外是如此。 （四）浸潤性 浸潤性是腫瘤細(xì)胞擴(kuò)張性增殖行為，培養(yǎng)癌細(xì)胞仍持有這種性狀。在與正常組織混合培養(yǎng)時(shí)，能浸潤入其它組織細(xì)胞中，并有穿透人工隔膜生長的能力。 （五）異質(zhì)性 所有腫瘤都是由有增殖能力、遺傳性、起源、周期狀態(tài)等性狀不同的細(xì)胞組成。異質(zhì)性構(gòu)成同一腫瘤內(nèi)細(xì)胞的活力有差別的瘤組織；處于瘤體周邊區(qū)的細(xì)胞獲得血液供應(yīng)多，增殖旺盛，中心區(qū)有的細(xì)胞衰老退化，有的處于周期阻滯狀態(tài)，那些呈活躍增殖狀態(tài)的細(xì)胞稱干細(xì)胞（Stem Cells）、只有這些干細(xì)胞才是支持腫瘤生長的成分。腫瘤干細(xì)胞培養(yǎng)時(shí)易于生長增殖；把干細(xì)胞分離出來的培養(yǎng)方法稱干細(xì)胞培養(yǎng)。 （六）細(xì)胞遺傳 大多數(shù)腫瘤細(xì)胞有遺傳學(xué)改變，如失去二倍體核型、呈異倍體或多倍體等。腫瘤細(xì)胞群常由多個(gè)細(xì)胞群組成，有干細(xì)胞系和數(shù)個(gè)亞系，并不斷進(jìn)行著適應(yīng)性演變。 （七）其它 腫瘤細(xì)胞在體外不易生長的原因可能由于： ①依賴性：腫瘤細(xì)胞雖有較強(qiáng)克隆生長力，但仍有一定的群體性或與其它細(xì)胞相依存關(guān)系。一是腫瘤細(xì)胞與腫瘤細(xì)胞的相互依存，二是腫瘤細(xì)胞與基質(zhì)成纖維細(xì)胞的依賴。體外分散培養(yǎng)和排除成纖維細(xì)胞后也會(huì)同時(shí)消除或減弱這些依存關(guān)系，可能影響癌細(xì)胞增殖生長的活性； ②腫瘤細(xì)胞的自泌也會(huì)因分散培養(yǎng)而被稀釋，達(dá)不到腫瘤生長的需求，降低腫瘤細(xì)胞的生長增殖力； ③并非所有腫瘤細(xì)胞都有強(qiáng)的生長活力和長的Life Span，只有干細(xì)胞才有強(qiáng)的增殖生長能力，但這些細(xì)胞數(shù)量很少； ④離體培養(yǎng)腫瘤細(xì)胞可能需求與體內(nèi)相似的特殊生存條件。 有細(xì)胞增殖，傳若干代后停止生長或衰退死亡； 傳數(shù)代后細(xì)胞增殖緩慢，經(jīng)過一段停滯期后，才又呈旺盛生長狀態(tài)，形成穩(wěn)定生長的腫瘤傳代細(xì)胞系。 以上現(xiàn)象說明腫瘤細(xì)胞對(duì)體外生存條件有較高的要求，并需經(jīng)過對(duì)新環(huán)境的適應(yīng)才能生長，因此欲獲得好的培養(yǎng)效果，不能局限于一般培養(yǎng)法，必須采用一些特殊的措施。 1、適宜底物：把經(jīng)過純化的細(xì)胞接種在不同的底物上，如鼠尾膠原底層、飼細(xì)胞層等。 2、生長因子：應(yīng)用促細(xì)胞生長因子，向培養(yǎng)液中增加一種或幾種促細(xì)胞生長因子。根據(jù)細(xì)胞種類不同選用不同的促生長物，常用有胰島素、氫化可的松、雌激素以及其它生長因子。 為提高腫瘤細(xì)胞對(duì)體外培養(yǎng)環(huán)境的適應(yīng)力和增加有活力癌細(xì)胞（干細(xì)胞）的數(shù)量，可采用動(dòng)物體轉(zhuǎn)嫁接種成瘤后，再從動(dòng)物體內(nèi)取出進(jìn)行培養(yǎng)，能提高體外培養(yǎng)的成功率。受體動(dòng)物以裸鼠最好。 3、動(dòng)物體媒介培養(yǎng)方法： （1）瘤塊接種：取新鮮瘤組織，用Hanks液洗凈血污，切成1～3毫米小塊，用穿刺針頭吸一小瘤塊，用酒精棉球擦拭動(dòng)物腹部后，直接刺入皮下，注入瘤塊； （2）飼養(yǎng)觀察，待腫瘤生長達(dá)較大體積后，剝?nèi)〕隽鼋M織； （3）進(jìn)行體外培養(yǎng)。 （4）為防止失敗，仍取部分瘤組織繼續(xù)在裸鼠體內(nèi)傳代。通過裸鼠媒介接種，有活力的腫瘤細(xì)胞數(shù)量增多，細(xì)胞培養(yǎng)易于成功。 腫瘤細(xì)胞培養(yǎng)方法與培養(yǎng)正常細(xì)胞完全相同，但成功率比正常細(xì)胞高。 五、體外培養(yǎng)腫瘤細(xì)胞生物學(xué)檢測(cè) 一旦培養(yǎng)的腫瘤細(xì)胞生長成形態(tài)上單一的細(xì)胞群體或細(xì)胞系（或株）后，不論用于實(shí)驗(yàn)研究還是建立細(xì)胞系，都需要做一系列的細(xì)胞生物學(xué)測(cè)定，主要的目的在于求得證明： 所培養(yǎng)的細(xì)胞系的確來源于原體內(nèi)具有惡性的細(xì)胞，而非正常細(xì)胞或其它細(xì)胞。均具有瘤種特異性。闡明一般生物學(xué)性狀。測(cè)定項(xiàng)目數(shù)量無明確規(guī)定，根據(jù)需要而定，以下為常做的項(xiàng)目和要點(diǎn)。 【形態(tài)觀察】主要觀察細(xì)胞的一般形態(tài)，如大體形態(tài)、核漿比例、染色質(zhì)和核仁大小、多少等以及細(xì)胞骨架微絲微管的排列狀態(tài)等。 【細(xì)胞生長增殖】檢測(cè)細(xì)胞生長曲線、細(xì)胞分裂指數(shù)、倍增時(shí)間、細(xì)胞周期時(shí)間。 【細(xì)胞核型分析】檢測(cè)核型特點(diǎn)，染色體數(shù)量、標(biāo)記染色體的有無、帶型等。 【凝集試驗(yàn)】檢測(cè)凝集力。 【軟瓊脂培養(yǎng)】檢測(cè)集落形成能力。 【異體動(dòng)物接種】向異體動(dòng)物體內(nèi)（皮下）接種細(xì)胞懸液，觀察成瘤能力。 【其它】除上述項(xiàng)目外，根據(jù)需要還可做同位素標(biāo)記、組織化學(xué)成分分析，熒光顯微鏡觀察等。 在上述腫瘤細(xì)胞生物學(xué)檢測(cè)中，最主要的為：異體動(dòng)物（以用裸鼠為上）接種成瘤、軟瓊脂培養(yǎng)、核型分析、細(xì)胞骨架和電鏡觀察等幾項(xiàng)。當(dāng)然從分子細(xì)胞學(xué)角度考慮尚應(yīng)做癌基因和抗癌基因等的檢測(cè)，這些項(xiàng)目將在本書第二篇中介紹。 二、培養(yǎng)方法 腫瘤細(xì)胞培養(yǎng)成功關(guān)鍵在于：取材、成纖維細(xì)胞的排除、選用適宜的培養(yǎng)液和培養(yǎng)底物等幾個(gè)方面。在具體培養(yǎng)方法方面，腫瘤細(xì)胞培養(yǎng)與正常組織細(xì)胞培養(yǎng)并無原則差別，初代培養(yǎng)應(yīng)用組織塊和消化培養(yǎng)法均可。 1、取材： 人腫瘤細(xì)胞來自外科手術(shù)或活檢瘤組織。取材部位非常重要，體積較大的腫瘤組織中有退變或壞死區(qū)，取材時(shí)盡量避免用退變組織，要挑選活力較好的部位。癌性轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)或胸腹水是好的培養(yǎng)材料。取材后宜盡快進(jìn)行培養(yǎng)，如因故不能立即培養(yǎng)，可貯存于4℃中，但不宜栽過24小時(shí)。 2、培養(yǎng)基： 腫瘤細(xì)胞對(duì)培養(yǎng)基的要求不如正常細(xì)胞嚴(yán)格，一般常用的 RPMIl640、 DMEM、Mc-Coy5A等培養(yǎng)基等皆可用于腫瘤細(xì)胞培養(yǎng)。腫瘤細(xì)胞對(duì)血清的需求比正常細(xì)胞低，正常細(xì)胞培養(yǎng)不加血清不能生長，腫瘤細(xì)胞在低血清培養(yǎng)基中也能生長。腫瘤細(xì)胞對(duì)培養(yǎng)環(huán)境適應(yīng)性較大，是因腫瘤細(xì)胞有自泌（Autocrine）性產(chǎn)生促生長物質(zhì)之故。但這并不說明腫瘤細(xì)胞完全不需要這些成分。按不同細(xì)胞需要不同的生長因子；腫瘤細(xì)胞與正常細(xì)胞之間、腫瘤細(xì)胞與腫瘤細(xì)胞之間對(duì)生長因子的需求都存在著差異。但大多數(shù)腫瘤細(xì)胞培養(yǎng)中仍需要生長因子。有的還需特異性生長因子〔如乳腺癌細(xì)胞等）。總之培養(yǎng)腫瘤細(xì)胞仍需加血清和相關(guān)生長因子培養(yǎng)更易成功。 3、成纖維細(xì)胞的排除： 成纖維細(xì)胞常與腫瘤細(xì)胞同時(shí)混雜生長，致難以純化腫瘤細(xì)胞。而且成纖維細(xì)胞常比腫瘤細(xì)胞生長得快，最終能壓制腫瘤細(xì)胞的生長。因此排除成纖維細(xì)胞成為腫瘤細(xì)胞培養(yǎng)中的關(guān)鍵。排除成纖維細(xì)胞有多種方法（表2－1）。 表2－1 抑制成纖維細(xì)胞生長因素
注：上表結(jié)果為個(gè)別實(shí)驗(yàn)室經(jīng)驗(yàn)，僅供參考 三、成纖維細(xì)胞排除法 1、機(jī)械刮除法： 是用不銹鋼絲末端插有橡膠刮頭（用膠塞剪成三角形插以不銹鋼絲）、或裹少許脫脂棉制成，裝入試管中高壓滅菌后備用（也可用特制電熱燒灼器刮除）。刮除程序?yàn)椋?/p> （1）標(biāo)記：鏡下觀察，用不脫色筆在培養(yǎng)瓶皿的背面圈下生長腫瘤細(xì)胞的部位； （2）刮除：棄掉培養(yǎng)液，把無菌膠刮伸入瓶皿中，肉眼或顯微鏡窺視下，刮除無標(biāo)記空間； （3）用Hanks液沖洗一兩次，洗除被刮掉的細(xì)胞； （4）注入培養(yǎng)液繼續(xù)培養(yǎng)，如發(fā)現(xiàn)仍有成纖維細(xì)胞殘留，可重復(fù)刮除至完全除掉為止 2、反復(fù)貼壁法： 根據(jù)腫瘤細(xì)胞比成纖維細(xì)胞貼壁速度慢的特點(diǎn)，并結(jié)合使用不加血清的營養(yǎng)液，把含有兩類細(xì)胞的細(xì)胞懸液反復(fù)貼壁，使兩類細(xì)胞相互分離，操作方法與傳代相同。 （1）待細(xì)胞生長達(dá)一定數(shù)量后，倒出舊培養(yǎng)液，用胰酶消化后，Hanks 沖洗2次，加入不含血清的培養(yǎng)液，吹打制成細(xì)胞懸液； （2）取編號(hào)為此A、B、C三個(gè)培養(yǎng)瓶；首先把懸液接種入A培養(yǎng)瓶中。置溫箱中靜止培養(yǎng)5～20分鐘后，輕輕傾斜培養(yǎng)瓶，讓液體集中瓶角后慢慢吸出全部培養(yǎng)液，再接種入B培養(yǎng)瓶中后；向A瓶中補(bǔ)充少許完全培養(yǎng)液置溫箱中繼續(xù)培養(yǎng)； （3）培養(yǎng)B瓶中細(xì)胞5～20分鐘后，接處理A的方法，把培養(yǎng)液注入C培養(yǎng)瓶中；再向B瓶中補(bǔ)加完全培養(yǎng)基。 當(dāng)三個(gè)瓶內(nèi)都含有培養(yǎng)液后，均在溫箱中繼續(xù)培養(yǎng)。如操作成功，次日觀察可見A瓶主要為成纖維細(xì)胞，B瓶兩類細(xì)胞相雜，C瓶可能主要為癌細(xì)胞。必要時(shí)可反復(fù)處理多次，直至癌細(xì)胞純化為止。 3、消化排除法： 此法曾用于乳癌細(xì)胞的培養(yǎng)，具體程序是： （1）先是用0.5%胰蛋白酶和0.02％EDTA（1：1）混合液漂洗培養(yǎng)細(xì)胞一次，然后再換成新的混合液繼續(xù)消化，并在倒置顯微鏡下窺視和不時(shí)搖動(dòng)培養(yǎng)瓶，到半數(shù)細(xì)胞脫落下來后，便立即停止消化； （2）把消化液吸入離心管中，離心去上清，吸入另瓶中，加培養(yǎng)液置溫箱中培養(yǎng)；向原瓶內(nèi)也補(bǔ)加新的培養(yǎng)液繼續(xù)培養(yǎng)。用此法處理后，成纖維細(xì)胞比腫瘤細(xì)胞易先脫落。經(jīng)過幾次反復(fù)處理，可能把成纖維細(xì)胞除凈。 4、膠原酶消化法： 本法是利用成纖維細(xì)胞對(duì)膠原酶較為敏感的特點(diǎn)，通過消化進(jìn)行選擇。 （1）可用0.5mg/ml的膠原酶消化處理，邊消化邊在倒置顯微鏡下窺視，當(dāng)發(fā)現(xiàn)成纖維細(xì)胞被除掉后，即終止消化； （2）用Hanks洗滌處理一次后，更換新培養(yǎng)液，繼續(xù)培養(yǎng)，可獲純凈腫瘤細(xì)胞。如成纖維細(xì)胞未被除凈，可再次重復(fù)。 5、其它方法： 有人發(fā)現(xiàn)聚丙烯酰胺有抑制成纖維細(xì)胞生長的作用；也有人用聚蔗糖制備成比重1.025～1.085的密度梯度離心液，加入細(xì)胞懸液后，在23℃中800g離心 10分種。在比重1.025～1.050層為成纖維細(xì)胞，在比重1.050～1.085層為上皮細(xì)胞，再經(jīng)過分離進(jìn)行培養(yǎng)。最近也有人應(yīng)用特殊化學(xué)物如SOD抑制成纖維細(xì)胞生長的方法。 選用上述任何一種方法，都需進(jìn)行試驗(yàn)，取得必要經(jīng)驗(yàn)，找出適合的條件，才能獲得好的效果。 四、提高腫瘤細(xì)胞培養(yǎng)存活率和生長率措施 根據(jù)人們的經(jīng)驗(yàn)，腫瘤細(xì)胞在體外不易培養(yǎng)，建立能傳代的腫瘤細(xì)胞系更為困難。當(dāng)腫瘤組織或細(xì)胞初代接種培養(yǎng)后，常出現(xiàn)以下幾種情況： 完全無細(xì)胞游出或移動(dòng)； 有細(xì)胞移動(dòng)和游出，但無細(xì)胞增殖，細(xì)胞長時(shí)間處于停滯狀態(tài)以致難以傳代； 六、對(duì)腫瘤細(xì)胞系或細(xì)胞株的評(píng)價(jià) 已建成的各種腫瘤細(xì)胞系或細(xì)胞株，無疑都是可用的實(shí)驗(yàn)對(duì)象。近年我國已建成的腫瘤細(xì)胞系已非常多，并獲得越來越廣泛的應(yīng)用。但根據(jù)研究者的經(jīng)驗(yàn)，在使用這些細(xì)胞系時(shí)，應(yīng)持特別審慎態(tài)度，主要是應(yīng)考慮到這些細(xì)胞在長期傳代中有否發(fā)生遺傳性改變的可能。眾所周知，長期傳代細(xì)胞系染色體核型常是不穩(wěn)定的。另外也可能發(fā)生如基因突變、基因易位或缺失等變化。其結(jié)果可能導(dǎo)致細(xì)胞產(chǎn)生生物學(xué)性狀上的變動(dòng)。以近年建成的各種腫瘤細(xì)胞系為例，都已傳代少則幾十，多則百代以上后，才確認(rèn)建成了細(xì)胞系。這種情況下很難保證細(xì)胞從初代到建成時(shí)的性狀仍是一致的。 已如前述，癌細(xì)胞在培養(yǎng)中并非能很順利地傳下去，凡已長期傳代的細(xì)胞系，都已獲得不死性。當(dāng)前尚未完全確證所有癌細(xì)胞都具有不死性；因此尚難肯定在長期培養(yǎng)中的癌細(xì)胞的生物學(xué)性狀與體內(nèi)時(shí)仍完全相同（包括不死性）。據(jù)上述對(duì)用癌細(xì)胞系所獲實(shí)驗(yàn)結(jié)果應(yīng)盡量做分析性的結(jié)論，避免做概括性的與體內(nèi)等同的結(jié)論，外推與體內(nèi)等同更是不妥的。廣泛來說，應(yīng)用各種較長時(shí)間培養(yǎng)細(xì)胞做實(shí)驗(yàn)時(shí)，都應(yīng)如此。
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