细胞培养技术广东医科大学临床医学研究中心.ppt

1、细胞培养技术何惠娟,细胞培养技术,第一节细胞培养基本知识 第二节细胞培养的基本技术,第一节细胞培养基本知识,一、前言 二、培养细胞的特性 三、培养细胞的生长过程 四、培养细胞生长的条件,一. 前言,1. 细胞培养概念 2. 细胞培养的主要优点 3. 细胞培养的研究方面 4. 细胞培养的应用领域,1. 细胞培养(cell culture)概念,从生物体内取出细胞或组织，在体外模拟体内生理环境，在无菌、适当温度和一定营养条件下进行孵育培养，使之生存和生长并维持其结构和功能的技术。,体内、外细胞的差异,体内细胞： 机体神经体液调节 和其他类型细胞影响 基因表达受到外来信号调节 增殖过程中不断发生着分

2、化 （由一般到特殊） 高度特化的结构和功能,体外细胞： 失去机体神经体液调节和 其他类型细胞影响 细胞的许多外来信号被切断 特定分化基因表达减弱或停止 而进化中保守的增殖活动维持 （由特殊到一般） 与体内细胞结构和功能的差异 特征：失去原有形态，分化特性减弱 形态和功能趋于单一 一定代数后衰老死亡， 或发生转化， 获不死性而成为能无限传代,2. 细胞培养的主要优点,研究对象是活的细胞 研究的条件可以人为地控制 研究的样本，可以达到比较均一性 研究的内容便于观察、检测和记录 研究的范围比较广泛，多种学科均可利用细胞培养进行研究 研究的费用相对较经济,3. 细胞培养的研究方面,1）细胞内的活动：如

3、能量代谢、DNA转录、调亡以及蛋白质的合成 2）细胞内部与细胞外界之间的作用：如细胞对外界刺激的反应、药物对细胞的作用、细胞内产物分泌等 3）细胞与细胞之间的相互作用：如形态发生、粘着作用、接触抑制、密度抑制等 4）细胞内的流动：如信号的转导、钙离子的流动、RNA的移动、激素受体复合物的易位等 5）遗传学：如遗传学分析、转染、转化等,4. 细胞培养的应用领域,1）病毒学 2）免疫学 3）遗传学 4）肿瘤学 5）分化及发育 6）细胞毒试验 7）临床医学及生物技术方面的应用,二、培养细胞的特性,培养细胞的生长特点 贴附,贴附,贴附是贴附类细胞生长增殖条件之一 以成纤维细胞为例，一般在细胞接种后，很

4、快（5-10min）便可见细胞以伪足初期附着，与底物形成一些接触点；接着细胞逐渐呈放射状地伸展开，细胞体的中心部分亦随之扁平；最后细胞成为成纤维细胞的形态。,1. 培养细胞的生长方式及类型,体外培养的细胞，按其生长方式可分为两大类： 贴附型 为附着于底物（支持物）表面生长的细胞，生长中形成汇片。大多数细胞属此型。形态上失去在体内特有形态。大致分成以下四型： 成纤维细胞型、上皮细胞型、游走细胞型、多形型 悬浮型,悬浮型,少数细胞类型在体外培养时不需要附着于底物而于悬浮状态下即可生长，包括一些取自血、脾或骨髓的培养细胞，尤其是血液白细胞，以及癌肿瘤细胞。 细胞在悬浮中生长良好，可以是单个细胞或为细

5、小的细胞团，观察时细胞呈圆形。 优点：可大量繁殖细胞、传代方便、易于收获细胞。,三. 培养细胞的生长过程,1.单个细胞的生长过程 ：细胞周期 2.细胞系的生长过程 3.每代细胞生长过程,1. 细胞系的生长过程,取自动物并置于体外培养中生长的细胞在其传代之前为原代培养或原代细胞。 当细胞持续生长繁殖一段时间，到达一定的细胞密度后，就应当将细胞分离成两部分（或更多）至新的培养器皿并补充更新培养液，此即称为传代或再培养。传代生长以后便成为细胞系。 体外培养细胞寿命的过程一般可分为三个阶段： 原代培养 传代期 衰退期,原代培养：从体内取出细胞接种后到第一次传代。一般维持14周。 传代期：传代大约数天至

6、1周左右即可重复一次 ，持续数月，一般传1050代。随后细胞增殖缓慢以至完全停止，细胞进入衰退期。 衰退期：细胞增殖缓慢以至完全停止，细胞死亡。 无限细胞系: 永久增殖。,无限细胞系,多发生在传代期末或衰退期，由于某种因素的影响，细胞可能发生自发转化。转化的标志之一是细胞可能获得永生性或恶性性。细胞永生性也称不死性，即细胞获持久性增殖能力，这样的细胞群体称无限细胞系，也称连续细胞系。 细胞获不死性后，核型大多变成异倍体。细胞转化亦可用人工方法诱发，转化后的细胞也可能具有恶性性质。,2. 每代细胞的生长过程,传代： 培养容器中细胞增殖至一定密度后，分离出一部分细胞和更新营养液的过程 一代: 细胞

7、接种后到下一次传代的一段时间 在细胞一代中，细胞能倍增36次 细胞一代的三个阶段： 潜伏期、指数增生期、平台期 实验研究多在指数增长期进行。,四、培养细胞生长的条件,体外培养的细胞需要合适的环境和必须的条件才能生存、繁殖 1. 细胞的营养需要 2. 细胞培养环境条件 3. 无污染及无毒,一. 细胞的营养需要,基本营养物质 与体内相同，包括糖、氨基酸、维生素、无机离子、微量元素。 促生长因子等物质 血清中含有多种生长因子等活性物质，有利于多数细胞的存活和生长；但同时也有些组成不明、对细胞有害的成分。,两类基本培养液,生长培养液 维持培养液 基本培养液80909598 血清102025,特殊培养基

8、 提供特殊细胞所需的特定营养成分和生长因子。,基本营养成分含量改变：高糖 加入中间代谢产物：辅酶A、ATP、丙酮酸钠 激素： LH/FSH、胰岛素 生长因子和细胞因子：EGF、FGF、BFGF 特异性小分子物质：维甲酸 LIF (白血病抑制因子) 维持胚胎干细胞的未分化状态 饲养层细胞 （feeder layer）,选择培养基（条件培养基） 提供特殊的成分以造成只允许特定细胞生长的条件。,特殊抗菌素：新霉素、潮霉素 用于筛选导入基因阳性克隆 2. 特殊物质：特异性生长因子 （配合血清撤除、饲养层撤除等） 用于原代细胞筛选培养和干细胞诱导分化,二. 细胞培养环境条件,温度3537 气体95%空气

9、/5%CO2 酸碱度pH 7.27.4 （酚红指示） 渗透压=血浆渗透压 290 Osm/kg 支持物玻璃、塑料、饲养层、微载体 培养细胞浸浴于培养液，生长在置于恒温、恒湿的二氧化碳孵育箱中的玻璃或塑料容器中。,第二节 细胞培养的基本技术,一、无菌操作基本技术 二、培养基配制 三、冷冻细胞活化 四、细胞传代培养 五、细胞计数与存活测试 六、细胞冷冻保存 七、收到细胞的处理方式,一、无菌操作基本技术,1. 实验进行前，无菌室及无菌操作台以紫外灯照射30-60 分钟灭菌，以75%酒精擦拭无菌操作台面，并开启无菌操作台风扇运转10分钟后，才开始实验操作。 2. 无菌操作工作区域应保持清洁及宽敞，实验

10、用品以75% 酒精擦拭后才带入无菌操作台内。实验操作应在台面之中央无菌区域，勿在边缘之非无菌区域操作。 3. 小心取用无菌之实验物品，避免造成污染。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。,5. 定期检测下列项目： 5.1. CO2 钢瓶之CO2 压力 5.2. 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)。 5.3. 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)。

11、,1. 液体培养基贮存于4 冰箱，避免光照，实验进行前放在37 水浴中温热。 2. 液体培养基(加血清) 存放期为六个月，期间谷氨酰胺可能会分解，若细胞生长不佳， 可以再添加适量谷氨酰胺。,二、培养基配制,三、冷冻细胞活化,1. 冷冻细胞的活化原则为快速解冻，以避免冰晶重新结晶而对细胞造成伤害，导致细胞死亡。 2. 细胞活化后，约需数日，或继代一至二代，其细胞生长或特性表现才会恢复正常(例如产生单株抗体或是其它蛋白质)。 3. 所需材料用品 37恒温水槽、新鲜培养基、无菌吸管/ 离心管/ 培养瓶、液氮或干冰容器,4. 操作步骤： 1） 操作人员应戴防护面罩及手套，防止冷冻管可能爆裂之伤害。 2

12、）自液氮或干冰容器中取出冷冻管，检查盖子是否旋紧，由于热胀冷缩过程，此时盖子易松掉。 3） 将新鲜培养基置于37 水浴中回温，回温后喷以70 % 酒精并擦拭之，移入无菌操作台内。 4） 取出冷冻管，立即放入37水槽中快速解冻，轻摇冷冻管使其在1 分钟内全部融化，以70 % 酒精擦拭保存管外部，移入无菌操作台内。,5）取出0.9 ml 解冻细胞悬浮液，缓缓加入有培养基的培养容器内(稀释比例为 1:101:15)，混合均匀，放入CO2 培养箱培养。另取0.1 ml 解冻细胞悬浮液作存活测试。 6）解冻后是否立即去除冷冻保护剂(例如DMSO 或甘油)，依细胞种类而异，一般而言，大都不需要立即去除冷冻

13、保护剂。若要立即去除，则将解冻之细胞悬浮液加入含有5-10 ml 培养基的离心管内，离心1,000 rpm, 5 分钟，移去上清液，加入新鲜培养基，混合均匀，放入CO2 培养箱培养。 7）若不需立即去除冷冻保存剂，则在解冻培养后隔日更换培养基。,四、细胞传代培养,1. 细胞生长至高密度时，即须分殖至新的培养瓶中，一般稀释比例为1:3 至1:6，依细胞种类而异。 2. 材料用品： PBS,0.25%胰酶, 新鲜培养基,3. 步骤： 3.1. 贴壁型细胞 1） 吸掉旧培养液。 2） 用PBS 洗涤细胞一至二次。 3） 0.25%胰酶37 作用数分钟，于倒置显微镜下观察，当细胞将要分离而呈现圆粒状时

14、，吸掉胰酶溶液。4） 轻拍培养瓶使细胞自瓶壁脱落，加入适量的新鲜培养基，以吸管上下吸放数次以打散细胞团块，混和均匀后，依稀释比例转移至新的培养瓶中，以正常培养条件培养。,3.2. 悬浮型细胞(suspension cell) 1） 吸出细胞培养液，放入离心管中，离心1000 rpm 5 分钟。 2） 吸掉上清液，加入适量之新鲜培养基，混和均匀后，依稀释比例转移至新的培养瓶中，以正常培养条件培养。,五 细胞冷冻保存 1. 冷冻保护剂浓度为5 或10 DMSO， 冷冻方法： 传统方法: 430分钟-2060分钟-80 16-18小时(或隔夜)- 液氮槽蒸汽相中长期储存。,2. 材料用品 1） 生长

15、良好的培养细胞 2） 新鲜培养基 3） DMSO (Sigma D-2650) 4） 无菌塑料冷冻保存管(Nalgene 5000-0020),3. 操作步骤： 1）冷冻前一日前更换培养基，观察细胞生长。 2）配制冷冻保存溶液(使用前配制)：将DMSO 加入新鲜培养基中，最后浓度为5-10，混合均匀，置于室温下待用。 3）依细胞继代培养之操作，收集培养之细胞，取少量细胞悬浮液(约0.1 ml) 计数细胞浓度及冻前存活率。 4）离心，去除上清液，加入适量冷冻保存溶液，使细胞浓度为1-5 x 106 cells/ml，混 合均匀，分装于已标示完全冷冻保存管中，1 ml/小瓶，并取少量细胞悬浮液作污染检测。 5） 冷冻保存方法: 冷冻管置于430分钟-6030分钟-801618小时(或隔夜)液氮槽蒸汽相长期储存。,细胞的冻存: 1) 选取对数增长期细胞，在收集细胞前24小时换液一次。 2) 按常规方法把培养细胞消化下来,制备成细胞悬液,计数,使总数达5106/mL左右,离心（100