细胞培养

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

设施：净化工作台、恒温培养箱、倒置显微镜、液氮储存罐、电热鼓风干燥箱、冰柜、电子天平、恒温水浴箱、离心机、压力蒸汽消毒器。

器材：

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

简介

细胞的生长需要一定的营养环境，用于维持细胞生长的营养基质称为培养基。培养基按其物理状态可分为液体培养基和固体培养基。液体培养基用于大规模的工业生产以及生理代谢等基本理论的研究工作。液体培养基中加入一定的凝固剂(如琼脂)或固体培养物(如麸皮、大米等)便成为固体培养基。固体培养基为细胞的生长提供了一个营养及通气的表面，在这样一个营养表面上生产的细胞可形成单个菌落。因此，固体培养基在细胞的分离、鉴定、计数等方面起着相当重要的作用。从多细胞生物中分离所需要细胞和扩增获得的细胞以及对细胞进行体外改造，观察，必须首先解决细胞离体培养问题，同微生物细胞培养的难易相比，比较困难的是来自多细胞生物的单细胞培养，特别是动物细胞的培养。

几种常用溶液的配制方法

1. 无钙、镁离子溶液(1000ml)
   氯化钠(NaCl) 8g、磷酸二氢钠(NaH2PO4·H2O) 0.05g、氯化钾(KCl) 0.2g、碳酸氢钠(NaHCO3) 1g、柠檬酸三钠(Na3C6H5O7·H2O) 1g、葡萄糖 1g，加去离子水或双蒸水至1000mL。
2. 磷酸盐缓冲液
   甲液：0.2mol/L磷酸氢二钠溶液：磷酸氢二钠(无水) 28.4g、氯化钠 8.77g，加去离子水或双蒸水至1000mL。
   乙液：0.2mol/L磷酸二氢钠溶液：磷酸二氢钠(无水) 2.4g、氯化钠 8.77g，加去离子水或双蒸水至1000mL。
   甲、乙液于4℃保存，使用时按所需pH比例配制，高压灭菌后室温保存。
3. Hanks液
   (1) 母液甲(20×)：NaCl 160g、KCl 8g、MgSO4·7H2O 2g、MgCl2·6H2O 2g溶于800mL双蒸水，另取CaCl2 2.8g溶于100mL双蒸水，两液混合后加双蒸水至1000mL，加2mL氯仿防腐，4℃保存。
   (2) 母液乙(20×)：Na2HPO4·12H2O 3.04g、KH2PO4 1.20g、葡萄糖 20.0g溶于800mL双蒸水，另配0.4%酚红液(0.4g酚红加0.01N NaOH 11.28mL溶解，加水至100mL，过滤，pH 7.4)，混合后加双蒸水至1000mL，加2mL氯仿，4℃保存。
   (3) 使用液(1×)：取母液甲和母液乙各一份，加双蒸水18份，分装后115℃高压灭菌25分钟，4℃保存，临用前用7.5% NaHCO3调至所需pH。

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

• 温度：温度过低时细胞生长缓慢甚至不生长。利用冷冻保藏细胞可保持细胞的原有分裂分化能力。温度过高导致细胞死亡。这主要是由酶和蛋白质所需要的最适温度决定的。多数生物大分子遇到高温后容易导致空间结构改变或者丧失（变性）。细胞膜遇到高温后容易变态。在自然界，既有耐高温的细胞，也有耐低温的细胞。在极端情况下生长的生物对付极端环境的机制研究在生物进化和农业、环保、发酵工业中意义重大。
• pH：过酸或过碱可导致细胞死亡。这主要与蛋白质的变性和细胞膜的结构受损有关。
• 渗透压：细胞内外可溶于水的物质比例和种类决定细胞的膨胀与收缩程度，因为细胞膜是半透膜，只允许对自己有利的物质通过。同一物质在细胞内外的分布数量不同，当某一种极溶于水的物质在细胞外浓度过大时，有可能导致细胞干瘪死亡，这些物质在细胞内过多时导致细胞过量吸水膨胀。细胞膜调节渗透压的能力是有限的。
• 营养物：营养物和水一起，又叫细胞培养液，培养液中含有细胞增殖和生长所需要的各种物质。营养物包括：N源、C源，这些物质与提供能量有关；无机盐、维生素、激素，这些物质与代谢调节控制有关。细胞培养液的设计一直是细胞离体培养技术的关键。理想的细胞培养液可以同时解决细胞离体培养所需要的pH、渗透压、营养物、调节物质的全部需要。在干细胞分化研究与应用中，关键是找到一种使干细胞分化成为所需细胞和组织的营养液。相同的人干细胞，放在不同的营养液中分化培养出人的各种脏器，这个昔日的梦想已经开始成为现实。植物细胞的组织培养技术已经基本完善配套。名贵花卉、中草药、脱毒马铃薯、组织培养莲菜苗等植物细胞与组织培养技术的不断完善，特别是由于组织培养液的商品化已经被广大农民普遍接受。
• 水：水是细胞需要数量最大的物质，不同的物种、不同部位、不同生长期的细胞含水量差别相当大。干旱植物细胞的含水量高达90%。水的需求量一般随同细胞培养液一起考虑。
• 无菌条件：体外细胞培养仅仅是对所需的细胞进行培养，但环境中（如空气）有各种其他微生物，必须对所需细胞进行无杂菌的隔离培养。无菌条件是细胞离体培养最基本的条件。
• 光：植物细胞和少数细菌需要利用光进行光合作用。
• 气体：动物细胞需要不断供给氧气和排除二氧化碳，植物细胞与此相反。

动物细胞培养的特殊条件

在所有的细胞离体培养中，最困难的是动物细胞培养。下面是它所需要的特殊条件。

• 血清：动物细胞离体培养常常需要血清。最常用的是小牛血清。血清提供生长必需因子，如激素、微量元素、矿物质和脂肪。有一天人们真正学会了配制和血清一样的培养液，那时血清才可被取代。在这里，血清等于是动物细胞离体培养的天然营养液。
• 支持物：大多数动物细胞有贴壁生长的习惯。离体培养常用玻璃、塑料等作为支持物。
• 气体交换：二氧化碳和氧气的比例要在细胞培养过程中不断进行调节，不断维持所需要的气体条件，每一次开箱操作后的快速恢复对设备的要求可想而知有多难？由此决定了动物细胞离体培养设备要求高、投资大。

植物细胞培养的特殊条件

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

微生物细胞培养的特殊条件

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

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

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