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細胞培養(yǎng)基礎知識：如何建立細胞培養(yǎng)實驗室

來源： | 發(fā)布日期：2023-11-01 | 瀏覽量：1

細胞培養(yǎng) 是一種在實驗室中分離和培養(yǎng)感興趣細胞的技術(shù)。 盡管原理 適用于原核生物和其他真核細胞 ， 但術(shù)語“細胞”通常指哺乳動物

在細胞培養(yǎng)中，動物細胞從組織切片中分離出來，并在最佳條件下培養(yǎng)，包括溫度、pH 值和二氧化碳與氧氣的比率。 它們以培養(yǎng)基中的營養(yǎng)物質(zhì)和生長因子為食。

細胞培養(yǎng)

細胞培養(yǎng)中的細胞類型

1. 原代細胞

原代細胞 是來自已被酶解離或消化的組織切片的個體化細胞。

非癌性原代細胞通常生長緩慢。當它們增殖至 80% 匯合 時，原代細胞被傳代培養(yǎng)或傳代 ，以便它們可以繼續(xù)分裂。大多數(shù)原代細胞都是 有限的 ——它們在傳代培養(yǎng)到衰老前的某一代后可以分裂。 相反，癌原代細胞可以無限地傳代培養(yǎng)。

原代細胞被認為是起源組織的最接近的代表。 最初，它們的遺傳和表型特性是異質(zhì)的，因為組織切片中的細胞組成是混合的。 因此，原代細胞的身份在每次傳代后都會發(fā)生變化。然而，如果一種細胞類型的生長和增殖率優(yōu)于另一種細胞類型，則原代細胞身份可能會變得更加純合。

2. 輔助細胞

次生細胞 是在新鮮培養(yǎng)基中經(jīng)過多次傳代和培養(yǎng)的原代細胞。

通常，次級細胞是不死的 。當定期提供營養(yǎng)物和新鮮培養(yǎng)基時，它們可以無限期培養(yǎng)。 與原代細胞相比，它們生長快速，并且具有更同質(zhì)的基因型特征，并且在世代中保持一致。然而，二次細胞在長時間生長時 往往會分化成 異常細胞。

輔助細胞比原代細胞更容易處理。通常培養(yǎng)它們以產(chǎn)生具有相似特性的細胞群，用于病毒、免疫學和毒理學測試。 

3. 細胞系

細胞系 是來自已傳代至少一次的聚集 或單層 原代細胞的細胞

細胞系的基因型和表型特性源自其來源的原代細胞。 它們的身份更加同質(zhì)，因為 細胞  聚集體 和單層 通常代表一組具有相似身份的細胞。

  • 永生化細胞系 可以無限增殖。通常，它們源自干細胞或癌性原代細胞。 它們也可以通過病毒元件、突變遺傳元件的遺傳轉(zhuǎn)化或與癌細胞融合來產(chǎn)生。
  • 細胞株 是特定細胞系的選定亞群，經(jīng)過基因工程改造 ，具有額外的特征。基因操作的細胞株稱為 轉(zhuǎn)化細胞系。

細胞系是研究和開發(fā)的首選細胞，而原代細胞則用于確認研究。 市售細胞系的例子是來自宮頸癌細胞（HeLa）的人上皮細胞系和倉鼠卵巢細胞系（CHO）。

細胞培養(yǎng)應用

細胞培養(yǎng)使用戶能夠繁殖特定細胞以進行組織再生或獲得細胞產(chǎn)品，例如基因工程蛋白質(zhì)和減毒疫苗。

此外，細胞培養(yǎng)可以適應測試或研究平臺。例如， 在動物研究和臨床試驗之前，在相關(guān)細胞培養(yǎng)物中對候選化合物進行 體外評估。

它篩選化合物毒性和靶細胞對候選化合物的反應，使研究人員能夠僅選擇有希望的化合物進行進一步測試。 同樣，細胞培養(yǎng)可用于模擬和證明假設的基因功能、癌癥、遺傳或病毒性疾病病理學和發(fā)病機制 。

建立和維護細胞培養(yǎng)實驗室時要考慮什么

無菌和生物安全實踐

無菌和生物安全實踐是運行安全高效的細胞培養(yǎng)實驗室的關(guān)鍵。 無菌操作可保持細胞培養(yǎng)物無菌，并防止工人和工作區(qū)域受到污染。生物安全實踐通過減少暴露于可能具有傳染性的細胞培養(yǎng)物期間的威脅來創(chuàng)造一個安全的環(huán)境。

大多數(shù)細胞培養(yǎng)工作在生物安全級別至少為2 級 (BSL-2) 的實驗室中進行， 只有經(jīng)過培訓的人員才能進入工作區(qū)域。對于非傳染性細胞系來說已經(jīng)足夠了，但對于涉及原代細胞的工作來說就不夠了。 大多數(shù)涉及原代細胞的實驗室工作均在 BSL-3 或 BSL-4 實驗室中進行，具體取決于潛在風險、相關(guān)療法和疫苗的可用性。

無菌和生物安全實踐設備

1.生物安全柜
  • 生物安全柜 又 稱為細胞培養(yǎng) 、層流罩， 是細胞培養(yǎng)實驗室的必備設備。 它提供了一個無菌工作區(qū)域并防止細胞培養(yǎng)中的污染。
  • II級生物安全柜 是細胞培養(yǎng)的推薦等級。 它具有內(nèi)置風扇和高效微?？諝?(HEPA) 過濾器，可防止細菌、真菌和病毒顆粒污染細胞培養(yǎng)物和工作表面。 
  • 使用前后對用于細胞培養(yǎng)的柜子、設備、容器和工具內(nèi)的工作表面進行消毒。 工作前后用70%(v/v)乙醇等消毒劑擦拭干凈或使用紫外線燈。
2. 高壓滅菌器
  • 高壓滅菌器 在緩沖液、設備和消耗品接觸細胞培養(yǎng)物之前對其進行滅菌，從而降低污染風險。細胞培養(yǎng)過程中產(chǎn)生的廢物應在生物危害廢物容器 中分離，并在處置前進行高壓滅菌以凈化。
  • 您可以在這里了解有關(guān)高壓滅菌器 和替代滅菌技術(shù) 的更多信息！
3.個人防護裝備（PPE）
  • 個人防護裝備 (PPE) 和良好的衛(wèi)生習慣 是工人抵御有害物質(zhì)威脅的最后一道防線。 建議在進入細胞培養(yǎng)實驗室之前穿戴個人防護裝備。 
  • 當個人防護裝備被細胞培養(yǎng)物污染時，應立即將其移除，放入生物危害廢物容器中，或在去污前保存在密閉容器中。 離開實驗室前應脫下可重復使用的個人防護裝備。

細胞培養(yǎng)實驗室設備

除了生物安全和無菌操作設備外，細胞培養(yǎng)實驗室還需要以下設備： 

  • CO  2 培養(yǎng)箱 為培養(yǎng)細胞提供增殖環(huán)境。氣套CO  2 培養(yǎng)箱 能夠抵抗溫度波動，使其適合通常處理貼壁細胞培養(yǎng)的多用戶細胞培養(yǎng)實驗室 。 對于 懸浮細胞培養(yǎng) ，  CO  2 搖床培養(yǎng)箱 更合適。 如果您想了解有關(guān)實驗室培養(yǎng)箱的更多信息，請閱讀我們關(guān)于 如何 為您的研究/實驗室工作選擇合適的培養(yǎng)箱的文章！
  • 倒置光學顯微鏡 用于 觀察和記錄細胞培養(yǎng)容器中的形態(tài)、附著和污染。
  • 血細胞計數(shù) 器 是一組顯微載玻片和玻璃，用于根據(jù)采樣細胞的數(shù)量估計培養(yǎng)容器中的細胞濃度。 在許多情況下，采樣的細胞會用臺盼藍 和 番紅 等染料染色， 以幫助區(qū)分培養(yǎng)細胞和污染物。
  • 需要使用溫度可調(diào)的 水浴 或 干浴將細胞培養(yǎng)基和其他緩沖液加熱至培養(yǎng)溫度。
  • 真空泵 與硅膠軟管和巴斯德吸管連接以吸出細胞培養(yǎng)基。 真空泵可以用 無菌移液器和 移液器填充器 代替。

此外，細胞培養(yǎng)實驗室還需要微量離心機、實驗室冰箱、冰柜 等生命科學實驗室通用設備。

細胞培養(yǎng)實驗室耗材

細胞培養(yǎng)實驗室中的大多數(shù)耗材都是通用的，除了一些與細胞培養(yǎng)物接觸的耗材。 塑料耗材和 玻璃器皿的使用和處理方式 與大多數(shù)生命科學實驗室中的類似。

例如：

  • 細胞培養(yǎng)瓶 是懸浮細胞培養(yǎng)的容器。 燒瓶主體由無菌聚碳酸酯或聚苯乙烯塑料制成，形狀為錐形燒瓶或帶有用 實心蓋或通氣蓋密封的傾斜 頸部的矩形盒子。 后者包含一個疏水過濾器，可以清除容器中潛在的外部污染物，促進更好的氣體交換，而不會降低污染風險。
  • 細胞培養(yǎng)皿 和 平板 是 用于貼壁細胞培養(yǎng)的 培養(yǎng)容器 ，需要均勻平坦且 非疏水性的 表面用于細胞附著，并且 與細胞培養(yǎng)兼容的 單層塑料器皿必須經(jīng)過 TC處理， 這意味著表面被改性以變得更加親水 比典型的塑料。
  • 細胞培養(yǎng)塔 是用于擴大 貼壁細胞培養(yǎng)的 。 它們還必須經(jīng)過 TC 處理， 以降低容器表面的疏水性。
  • 低溫瓶 和 儲存盒 用于低溫儲存/保存細胞培養(yǎng)部分。 這些小瓶由聚碳酸酯制成，可以承受長期暴露在液氮中的壓力和霜凍。 大多數(shù)在使用前都是無菌的或可高壓滅菌的。 同樣，低溫儲存盒由類似材料或防水紙板制成，因此可以承受水和液氮。

結(jié)論

細胞培養(yǎng)是在實驗室中分離和培養(yǎng)動物細胞的技術(shù)。 它需要專門的設備，如 II 級柜、CO  2培養(yǎng)箱和倒置顯微鏡。 運行和維護細胞培養(yǎng)實驗室的關(guān)鍵部分是無菌和生物安全實踐，可防止污染并為工人創(chuàng)造安全的工作環(huán)境。