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细胞培养基础知识：如何建立细胞培养实验室

来源： | 发布日期：2023-11-01 | 浏览量：1

细胞培养 是一种在实验室中分离和培养感兴趣细胞的技术。尽管原理 适用于原核生物和其他真核细胞 ，但术语“细胞”通常指哺乳动物

在细胞培养中，动物细胞从组织切片中分离出来，并在最佳条件下培养，包括温度、pH 值和二氧化碳与氧气的比率。它们以培养基中的营养物质和生长因子为食。

细胞培养中的细胞类型

1. 原代细胞

原代细胞 是来自已被酶解离或消化的组织切片的个体化细胞。

非癌性原代细胞通常生长缓慢。当它们增殖至 80% 汇合时，原代细胞被传代培养或传代，以便它们可以继续分裂。大多数原代细胞都是 有限的 ——它们在传代培养到衰老前的某一代后可以分裂。相反，癌原代细胞可以无限地传代培养。

原代细胞被认为是起源组织的最接近的代表。最初，它们的遗传和表型特性是异质的，因为组织切片中的细胞组成是混合的。因此，原代细胞的身份在每次传代后都会发生变化。然而，如果一种细胞类型的生长和增殖率优于另一种细胞类型，则原代细胞身份可能会变得更加纯合。

2. 辅助细胞

次生细胞 是在新鲜培养基中经过多次传代和培养的原代细胞。

通常，次级细胞是不死的 。当定期提供营养物和新鲜培养基时，它们可以无限期培养。与原代细胞相比，它们生长快速，并且具有更同质的基因型特征，并且在世代中保持一致。然而，二次细胞在长时间生长时往往会分化成 异常细胞。

辅助细胞比原代细胞更容易处理。通常培养它们以产生具有相似特性的细胞群，用于病毒、免疫学和毒理学测试。

3. 细胞系

细胞系 是来自已传代至少一次的聚集或单层原代细胞的细胞

细胞系的基因型和表型特性源自其来源的原代细胞。它们的身份更加同质，因为细胞 聚集体 和单层通常代表一组具有相似身份的细胞。

永生化细胞系 可以无限增殖。通常，它们源自干细胞或癌性原代细胞。它们也可以通过病毒元件、突变遗传元件的遗传转化或与癌细胞融合来产生。
细胞株 是特定细胞系的选定亚群，经过基因工程改造，具有额外的特征。基因操作的细胞株称为 转化细胞系。

细胞系是研究和开发的首选细胞，而原代细胞则用于确认研究。市售细胞系的例子是来自宫颈癌细胞（HeLa）的人上皮细胞系和仓鼠卵巢细胞系（CHO）。

细胞培养应用

细胞培养使用户能够繁殖特定细胞以进行组织再生或获得细胞产品，例如基因工程蛋白质和减毒疫苗。

此外，细胞培养可以适应测试或研究平台。例如，在动物研究和临床试验之前，在相关细胞培养物中对候选化合物进行 体外评估。

它筛选化合物毒性和靶细胞对候选化合物的反应，使研究人员能够仅选择有希望的化合物进行进一步测试。同样，细胞培养可用于模拟和证明假设的基因功能、癌症、遗传或病毒性疾病病理学和发病机制。

建立和维护细胞培养实验室时要考虑什么

无菌和生物安全实践

无菌和生物安全实践是运行安全高效的细胞培养实验室的关键。无菌操作可保持细胞培养物无菌，并防止工人和工作区域受到污染。生物安全实践通过减少暴露于可能具有传染性的细胞培养物期间的威胁来创造一个安全的环境。

大多数细胞培养工作在生物安全级别至少为2 级 (BSL-2) 的实验室中进行， 只有经过培训的人员才能进入工作区域。对于非传染性细胞系来说已经足够了，但对于涉及原代细胞的工作来说就不够了。大多数涉及原代细胞的实验室工作均在 BSL-3 或 BSL-4 实验室中进行，具体取决于潜在风险、相关疗法和疫苗的可用性。

无菌和生物安全实践设备

1.生物安全柜

生物安全柜 又称为细胞培养 、层流罩， 是细胞培养实验室的必备设备。它提供了一个无菌工作区域并防止细胞培养中的污染。
II级生物安全柜 是细胞培养的推荐等级。它具有内置风扇和高效微粒空气 (HEPA) 过滤器，可防止细菌、真菌和病毒颗粒污染细胞培养物和工作表面。
使用前后对用于细胞培养的柜子、设备、容器和工具内的工作表面进行消毒。工作前后用70%(v/v)乙醇等消毒剂擦拭干净或使用紫外线灯。

2. 高压灭菌器

高压灭菌器 在缓冲液、设备和消耗品接触细胞培养物之前对其进行灭菌，从而降低污染风险。细胞培养过程中产生的废物应在生物危害废物容器 中分离，并在处置前进行高压灭菌以净化。
您可以在这里了解有关高压灭菌器和替代灭菌技术的更多信息！

3.个人防护装备（PPE）

个人防护装备 (PPE) 和良好的卫生习惯 是工人抵御有害物质威胁的最后一道防线。建议在进入细胞培养实验室之前穿戴个人防护装备。
当个人防护装备被细胞培养物污染时，应立即将其移除，放入生物危害废物容器中，或在去污前保存在密闭容器中。离开实验室前应脱下可重复使用的个人防护装备。

细胞培养实验室设备

除了生物安全和无菌操作设备外，细胞培养实验室还需要以下设备：

CO ₂ 培养箱 为培养细胞提供增殖环境。气套CO ₂ 培养箱能够抵抗温度波动，使其适合通常处理贴壁细胞培养的多用户细胞培养实验室。对于 悬浮细胞培养 ， CO ₂ 摇床培养箱更合适。如果您想了解有关实验室培养箱的更多信息，请阅读我们关于如何为您的研究/实验室工作选择合适的培养箱的文章！

倒置光学显微镜 用于观察和记录细胞培养容器中的形态、附着和污染。
血细胞计数 器是一组显微载玻片和玻璃，用于根据采样细胞的数量估计培养容器中的细胞浓度。 在许多情况下，采样的细胞会用台盼蓝 和番红等染料染色，以帮助区分培养细胞和污染物。
需要使用温度可调的 水浴或 干浴将细胞培养基和其他缓冲液加热至培养温度。
真空泵 与硅胶软管和巴斯德吸管连接以吸出细胞培养基。真空泵可以用 无菌移液器和 移液器填充器 代替。

此外，细胞培养实验室还需要微量离心机、实验室冰箱、冰柜 等生命科学实验室通用设备。

细胞培养实验室耗材

细胞培养实验室中的大多数耗材都是通用的，除了一些与细胞培养物接触的耗材。塑料耗材和玻璃器皿的使用和处理方式与大多数生命科学实验室中的类似。

例如：

细胞培养瓶 是悬浮细胞培养的容器。烧瓶主体由无菌聚碳酸酯或聚苯乙烯塑料制成，形状为锥形烧瓶或带有用实心盖或通气盖密封的倾斜颈部的矩形盒子。后者包含一个疏水过滤器，可以清除容器中潜在的外部污染物，促进更好的气体交换，而不会降低污染风险。
细胞培养皿 和平板是 用于贴壁细胞培养的 培养容器，需要均匀平坦且 非疏水性的 表面用于细胞附着，并且与细胞培养兼容的 单层塑料器皿必须经过 TC处理， 这意味着表面被改性以变得更加亲水比典型的塑料。
细胞培养塔 是用于扩大 贴壁细胞培养的 。它们还必须经过 TC 处理， 以降低容器表面的疏水性。
低温瓶 和 储存盒 用于低温储存/保存细胞培养部分。这些小瓶由聚碳酸酯制成，可以承受长期暴露在液氮中的压力和霜冻。大多数在使用前都是无菌的或可高压灭菌的。同样，低温储存盒由类似材料或防水纸板制成，因此可以承受水和液氮。