第1章 细胞养的基本知识.doc

第 一 篇 细胞工程的基本技术——细胞培养技术 第1章 细胞培养的基本知识 第一节 基本概念和名词 细胞培养(cell culture)技术即是选用各种细胞的最佳生存条件对活细胞进行培养和研究的技术，是广泛应用于医学研究领域的重要技术。它起源于1885年，德国人Roux用温生理盐水在体外培养鸡胚髓板，并使之存活了数月之久，第一次获得组织块人工培养成功。1906年，Beebe和Ewing用盖玻片悬滴培养法，以动物血清做培养基，培养狗淋巴细胞存活了72小时，并曾见到细胞生长现象。1907年，Harrison用淋巴液做悬滴培养，使来自两栖类胚胎神经组织的神经细胞存活了若干天，还观察到神经管细胞分化成了神经元，而且向培养液中伸出了轴突，与脑、脊神经细胞在体内分化的情况很类似。以后Carrel进行了改进，并十分注意培养中的无菌操作技术。他用血浆包埋组织块外加胎汁的培养法，通过采用更新培养基和分离组织的传代措施，完善了经典的悬滴培养法。1923年，他又设计了用骨化瓶培养法，以扩大组织的生存空间。50年代，组织培养技术有了更快的发展，从改进培养操作技术、培养器皿和培养基方面进行了改进。各种培养瓶、培养基孕育而生。1957年Dulbecco实验室采用胰蛋白酶消化处理，使成块的组织分散成单个细胞，进行悬液培养，从而开创了细胞培养技术。用单层细胞培养法可以建立很多细胞系(cell line)，通过单细胞分离培养法又可建立克隆细胞株(clone或cell strain)。 细胞系(cell line)系原代培养经首次传代成功后即成细胞系，由原先存在于原代培养物中的细胞世系所组成。 细胞株(cell strain)系通过选择法或克隆形成法，从原代培养物或细胞系中获得的具有特定性质或标志的细胞群。细胞株的这种特定性或标志必须在整个培养期间始终存在。 克隆(clone)系指由同一个祖先细胞通过有丝分裂所产生的遗传性状相同的细胞群体。 医学研究中泛指的体外培养包括细胞培养、组织培养和器官培养。细胞培养是指用机械或化学的方法将组织分散成单个细胞而进行的培养。培养方式分两种：一种是群体培养(mass culture)，即将大量细胞置于培养瓶中，让其贴壁或悬浮生长，形成均匀的单细胞或单细胞悬液；另一种是克隆培养(clone culture)，(tissue culture)是指把活体的组织取出分成小块，直接置于培养瓶底或通过胶原纤维血浆支持物的培养瓶底来进行培养。其特点是：组织不失散，细胞保持原有的组织关系。培养的结果是细胞从组织块周围长出，形成生长晕(cut groth)或形成由扁薄细胞构成的单层细胞培养物。当细胞由组织向外迁移时，组织功能逐渐消失。上述两种培养方式相互联系，区别不大。在细胞培养时，细胞分散不好，存在组织团块的也就包含了组织培养，而组织培养中也有细胞生长。器官培养(organ culture)是将活体中器官或一部分器官取出，在体外生长、生存，并使其保持器官原有的结构和功能特征的培养。其特点是：培养的器官在合适的条件下能生长和分化，存活数周或一年。其培养物用肉眼及显微镜观察均受限，只能用组织切片的方法观察或用透射电镜、扫描电镜观察。此种培养方法与细胞或组织培养有区别。 细胞或组织培养既是一种技术，也是一门科学。被培养的组织或细胞是非常好的实验对象。因此被广泛应用于医学研究、生物技术、基因工程研究领域。细胞培养的优点和作用很多，主要是： (1)由于其培养的对象是有生命的，所以只要培养条件控制得合适，就能长时间的保持细胞的活力，并能长期地观察、监控、检测活细胞的形态结构和生命活动，可用于细胞学、遗传学、免疫学、肿瘤学、病毒学、实验医学等多种学科的研究。 (2)研究的条件可人为地控制。培养过程中可根据研究需要施加化学、物理、生物等因素作为条件而进行实验研究、观察；可用于药理学、毒理学等学科的研究工作。 (3)体外培养的细胞可采用各种技术和方法，如摄影、摄电影、闭路电视等来观察、检测和记录，直接观察活细胞的变化，分析细胞的超微结构，检测细胞内物质的合成，代谢的变化等。 (4)研究的范围广泛。培养的细胞来源很多，从低等生物到高等动物以及人类，从胚胎到成体，从正常组织到肿瘤细胞。 (5)由于细胞培养有可能在同一时期、相同条件、相似性状的条件下提供大量的实验样本，所以相对耗资较少，因而也就成为生物制品、单克隆抗体和基因工程制品生产的重要手段。 细胞培养技术虽优点很多，用途广泛，但也有其不足。如细胞或组织生长在人工培养环境中，与体内环境相比仍然存在一定的差异，培养的细胞或组织，其形态或功能会发生不同程度的改变。因此在利用培养细胞做实验对象时，不能将其与体内细胞完全一样看待，只能把它们视作一种既保持动物体