小鼠胚胎干细胞(ES细胞)阿建系和维持过程中的问题及对策

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[T U #] 索以及细胞、 组织和器官的修复与移植等领域 。由于在
[2 U !!] , 根据我们的经验, 建系率偏低有以下几种原 !"V 左右
因造成, 对此, 我们也提出了具体的解决办法。 <,< 胚胎收集 经常出现的问题是在显微镜下用玻璃毛细管吸胚时, 由 于不易掌握吸气的力度, 造成液流上窜, 冲胚液和毛细管壁 的张力附着容易造成胚胎丢失。解决办法是: 增加毛细管细 端直径至 /"" 找准胚胎在培养皿中的位置, 仅靠溶液 8 左右, ! 的虹吸现象即可将胚胎吸出, 得胚率达 !""V 。 <=> 选择离散 ?53 的时机 这是影响建系率的关键因素之一。一般认为小鼠胚胎 接种到培养孔 T U W 天时, 离散 ’() 比较合适。我们认为, 应该按以下的方法确定适宜的离散 ’() 的时机: 接种 T 天左 右 大多数贴壁胚的 ’() 增殖形成一紧密排列的、 呈圆柱状
万方数据
&期
孟国良等: 小鼠胚胎于细胞 ( $% 细胞) 建系和维持过程中的问题及对策
*C&
结构的细胞团, 此时不必立即分胚, 因为 这时的 !"# 对酶相 当敏感, 离散 !"# 后出现 $% 集落的可能性小, 应继续观察 在 !"# 增殖到足够大、 又没有分化迹象时 !"# 的增殖情况, 再分胚, 分胚后出现新 $% 集落的可能性增大。 !"# 离散增殖的 $%& 这一步有两个关键点, 即 !"# 的转移方法和消化时间。 当 !"# 增殖到可以离散的程度时, 先用钝头毛细管将其挖 出。用毛细管吸取时, 最容易丢失大而生长快的增殖 !"# , 因其外围粘性较大, 附着力强, 易附着管壁; 解决办法: 加大 毛细管末端口径, 通过虹吸先自然吸入少量培养液, 再以适 宜的力度吸取 !"# , 这样做, 不容易丢失 !"# 。由于 !"# 个 体差异很大, 很难确定消化时间, 不同的人在建系时所用的 消化时间差异很大 ( & ’ () 分钟) 。如果消化一定时间后 再吹打 !"# , 容易消化过度, 造成细胞大部分或全部死亡。 解决办法: 将 !"# 放入稀释一倍的酶液中, 即开始用约 ( + , 直到 !"# 裂解为几个大小不 !"# 直径的毛细管轻缓吹打, 一的细胞团块时, 迅速加入终止液或直接转入 , 孔板中。注 意: 此步骤若将 !"# 消化吹打分散为单个细胞, 接种后很难 出现新的 $% 集落; 在轻缓吹打过程中, 最容易丢失细胞, 可 用装上 ) 效果很好。 - 吸头的微量加样器替代, ! !"’ () 集落的离散 离散的 !"# 重新接种后, 可以出现各种细胞集落, 主要 包括 , 种类型的细胞: 滋胚层细胞集落, 内皮样细胞集落, 上 皮样细胞集落和 $% 样细胞集落。挑选生长良好、 没有分化 离散 $% 集落时, 迹象的 $% 集落进行扩增。用口叼管吸取、 往往容易丢失大而形态好的 $% 集落。为了避免集落丢失, 这一步完全可以用装上 ) 获得率 - 吸头的微量加样器替代, ! 这一步将 $% 集落消化为若干细胞个细 可达 (../ 。注意: 胞团即可, 不要分散为单个细胞, 原因同上。 !"* 建系过程中的分化问题 有些 $% 集落离散后重新接种容易分化, 分化与未分化 集落并存。原因: 对分化抑制剂的量要求较高。以前出现这 种情况时, 总是将这种培养物弃之不要, 实为可惜。解决办 法是: 加大饲养层密度和 0!1 含量, 进行亚克隆, 可以得到生 长快、 集落形态良好的 $% 细胞系。
[(*]
遗传操作时, 可以彻底去掉原来的饲养层, 用含 8./ 9: ; (大鼠心脏细胞条件培养基) 的 $% 细胞培养基进行培养, "# 可以在 (. ’ *. 代内维持其未分化状态和正常二倍体核型。 通常, 我们采取的卓有成效的培养条件是: #$ 饲养层 < $% 细胞培养基 ((...=0!1 + >-) 或 #$ 饲养层 < 含 8./ 9: ; "# 的 $% 细胞培养基。这两种培养组合具有显著抑制 $% 细胞 的未分化状态和维持正常二倍体核型的作用。 9: ; "# 与 但具有独特的促进 $% 细胞贴壁生长、 形成集 0!1 作用一致,
干细胞研究方面取得了突破性进展, 干细胞研究被美国 《科 学》 杂志评为 !222 年度世界十大科学成果之首。 上述各个研究领域的前提和工作基础是建立和维持具 有多方向分化潜能和正常二倍体核型的 %& 细胞系。然而, 总结 !" 多年来在小鼠胚胎干细胞方面的研究工作, 我们发 现在 %& 细胞建系和培养过程中存在着建系率低、 具有正常 核型的 %& 细胞系比率低以及参与种系形成的 %& 细胞系比 率低的 “三低” 问题。为此, 我们提出了自己的看法和解决这 些问题的对策, 反复验证的结果说明, 我们改进后的方法是
[!, /, +] 能和种系嵌合能力的细胞系 。
可行、 有效的。
<
!" 细胞系的建立
无论用 哪 种 品 系 的 小 鼠 建 立 %& 细 胞 系, 建系率均在
涉及医学和生物工程的许多领域, %& 细胞的用途很广, 如广泛用于克隆动物制作、 转基因动物生产、 动物医学模型 建立、 真核细胞基因表达与调控的研究、 细胞分化机制的探
+
() 细胞的维持
主要是在传代培养过程中维持 $% 细胞的未分化多能状
态和正常二倍体核型 ( 2 3./ ) 。 +4! 培养条件 我们曾采用 %56 细胞系和不同代次的小鼠胚胎细胞制 备饲养层 ( 7#$1) 培养 $% 细胞, 结果表明: 用 %56 饲养层培 养 $% 细胞时, 可以较好地维持 $% 细胞的未分化状态, 但是 集落形态不够典型, 且不能有效维持其二倍体核型; 用(’& 代的 7#$1 培养 $% 细胞时, 可以理想地维持其未分化状态,
7),1’-81: E:FDG 6; H:;9I58:J9;< %HKLM6;9? &JDH ?D88F N6L H6LD J@:; JD; MD:LF,OD IL6I6FDG 65L HDJ@6GF J6 F68PD J@D IL6K8DHF 9; DFJ:K89F@9;< :;G H:9;J:9;9;< %& ?D88 89;DF,DFID?9:88M J@D 9HIL6PDHD;J 6N L65J9;D 6IDL:J96;:8 :IIL6:?@ , QD :8F6 G9F?5FFDG F6HD :HK9<565F IL6K8DHF :;G <:PD 来自百度文库6LLDFI6;G9;< 6I9;96; :;G F5<<DFJ96; O@9?@ O:F IL6PDG J6 KD ND:F9K8D :;G DN7 ND?J9PD 9; 65L 6O; LDFD:L?@ , 9%: ;(’/,: %& ?D88;’;;DL ?D88 H:FF;I85L9I6JD;?M;;6LH:8 G9I869G R:LM6JMID 胚胎干细胞 ( DHKLM6;9? FJDH ?D88F, 是从早期胚 %& 细胞) 胎 (桑椹胚、 囊胚) 或原始生殖细胞 ( IL9H6LG9:8 <DLH ?D88F, 即 分离出来的能在体外永久培养的、 具有多方向分化潜 S4(F)
收稿日期: 修回日期: /""" 1 !" 1 !$; /""! 1 "! 1 !W 基金项目: 国家自然科学基金重点项目 (+2$+"/0") 资助
作者简介: 孟国良 (!2W0 1 ) , 男, 河南郑州人, 博士生, 副教授, 专业: 遗传学。 =D8: "!" 1 W/$0!#0#; % 1 H:98: HD;<<8X /W+ , ;DJ

传 B%Y%Z’=.& ( ED9[9;<) (+) : /+ /2/ U /2T, /""!
专论与综述
小鼠胚胎干细胞 ( !" 细胞) 建系和维持过程中的问题及对策
孟国良, 汤富酬, 滕 路, 尚克刚
(北京大学生命科学学院, 北京 !""#$!)

要: 总结了十多年来我们从事 %& 细胞建系和培养工作的经验和教训, 提出了研究工作中存在的问题以及解决
[(,, ()] 落典型的特点 。目前, 我们已用 9: ; "# 建立了一个
来源于 ")8?0 + @A 的 $% 细胞系, 并得到了来自该细胞系的嵌
[(@] 合鼠 。
+4+
传代培养过程中容易出现的问题及解决办法 在 $% 细胞培养中, 常常出现不正常集落, 如: 划格型、 刺
突型、 网络型、 边缘分化型、 铺展型、 弥散型等, 除了弥散型可 以逆转为典型集落外, 其它均为 $% 集落分化的前兆。原因: 饲养层状态差或制作饲养层的胚胎细胞代数太久, 造成细胞 分泌 0!1 的量下降; 传代时间间隔过长; $% 细胞密度过低, 血清更换; 取生长旺盛的 #$ B: 值变化过大等。解决方法: 制作饲养层, 尽可能用 ( ’ & 代的 #$ 细胞, 最好不用满瓶后 进入老化状态的 #$; 控制 $% 细胞接种密度, 以 (4 ) 天 ’ * 天左右传一代为宜; 建系和维持 $% 细胞所用血清应为同一 批次; 注意观察培养液 7: 变化, 及时换液 (最好半换或三分 之二换液) 及传代。 +"# () 细胞系的特异性 例如, 有的 不同的 $% 细胞系所表现的特异性差别很大, 二倍体核型也很难维持; 有的则很不容 $% 细胞系极易分化, 易分化, 二倍体核型容易维持; 大多数 $% 细胞系则介于二者 之间。不同的 $% 细胞系具有不完全相同的特征和营养要 求, 它们对饲养层的质量、 密度, 抑制因子补加量的多少, 血 清的质量以及其它营养状况和环境条件都有不同的需要。 建议: 每个 $% 细胞系都应建立适合其生长的最佳条件, 维持 一个 $% 细胞系的条件不能用于另一个细胞系。 +"’ 血清对 () 细胞的影响 血清对 $% 细胞的贴壁生长、 集落形态有重大影响, 由于 血清更换造成的问题有: 细胞贴壁少, 生长缓慢; 集落弥散型 或网状, 分不清单个集落; 或集落平展暗淡, 没有折光性, 丧 失立体感。解决办法: 一般而言, 每个 $% 细胞系依赖于建系 时所用的血清批次, 若更换血清, 则应以该细胞系为供试细 胞, 在含有待测血清的培养基上进行传代培养 ( 3 ’ (. 代) 和 克隆测试, 测试合格的血清只适用于该细胞系。若用于其它 则仍可能出现以上情况。 $% 细胞系, +"* 染色体变异和基因突变 在建系和维持 $% 细胞过程中, 另一个问题就是具有正 常二倍体核型的 $% 细胞系比例低, 在所建的 )* 个细胞系 中, 只有 )./ 的细胞系具有正常的二倍体核型 ( 2 3./ ) , 具 有正常核型的 $% 细胞系在传代培养过程中也会发生核型改
#$% &’()*%+, -./ "(*012(. 3%1$(/, 2. !,1-)*2,$2.4 -./ 3-2.1-2.2.4 !" 5%** 62.%,
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万方数据 [(&] 并在一定代次内维持其二倍体核型 。在进行 $% 细胞的
-30

传 =!M!UNSP"( $DB]B6T) -..)
-% 卷
变。温度变化、 酶的作用、 血清更换、 饲养层改变、 分化抑止 因子的使用与否、 传代操作以及冻存复苏等体外不稳定的环 境因素和未知因素造成了染色体变异和基因突变。在这些 因素的作用下, 传代培养的 !" 细胞不断进行着生存选择, 我 们认为, 一些变异的细胞可能更有利于体外生存。为了尽可 能减少 !" 细胞培养过程中染色体和基因的变化, 上述诸多 因素在培养 !" 细胞时必须考虑在内。 为了降低温度变化对 !" 细胞的影响, 可以把培养基、 酶、 每 次 换 液 或 传 代 前, 将其温育至 #$" 等 分 装 成 小 份, 胰酶消化 !" 细胞时, 待贴壁饲养层细胞及 !" 细胞集 %&’ ; 落出现裂隙之前, 吸取酶液, 残液消化至出现裂隙, 轻轻弹振 培养皿底部待细胞开始脱落时即可加入培养基吹打; 每次尽 可能多做、 多冻存一些 (! 细胞备用, 以保持 (! 使用的一 致性; 传代操作时, 除了尽可能减少温差、 胰酶等的不良影响 外, 操作手法尽可能轻缓, 不可过于激烈; 换液时, 最好采用 半换或三分之二换液的方式换液, 以维持细胞生长环境的相 对稳定性。 为保持 !" 细胞最大 !" 细胞冻存是一个关键性的环节, 的存活率, 应尽可能采用慢冻快融的方法, 与成体细胞相比, 冻存时冷冻速度不宜过快。从冻存开 !" 细胞耐受性很差, 始, 温度下降速度保持在 )’ * %’ + 每分钟为宜, 当温度下降 到 , -.’ 左右时, 下降速度可增至 , /’ + 每分钟, 到 , )..’ 左右时, 可迅速冻入液氮中。每个 !" 细胞系都可以通过实 验确定其适宜的温度下降速度, 首先确定下降冻存细胞的速 度、 冻存细胞与液氮面的距离和温度三者的关系, 冻存技术 熟练后, 仅按下降时间和下降距离就可获得理想的冻存效 果。我们在实际冻存时是按以下的程序进行的: 将要冻存的 再放入 , -.’ 冰箱, 继 !" 细胞置入 0’ 冰箱放置一段时间, 而存放在 , 1.’ 低温冰箱内, 然后放到液氮面上方 , )..’ 左右的地方, 最后冻入液氮中。究竟在每一温度环境中放置 多长时间, 根据我们的经验, 不同的 !" 细胞系是有差异的, 须经严格的实验确定。 !"# 参与形成种系嵌合的 $% 细胞系的比例低 到目 前 为 止, 仅 有 % 个 !" 细 胞 系 可 以 进 入 种 系
这些问题的方法和对策, 并对一些常规性的操作步骤进行了改进。同时, 对某些尚不明确的问题进行了讨论, 提出 了我们的看法和建议。研究工作表明, 我们采取的对策和方法是可行、 有效的。 关键词: 内细胞团 ( ’()) ; 多方向分化潜能; 正常二倍体核型 %& 细胞; 中图分类号: *#!+ , ! - ! 文献标识码: . 文章编号: (/""!) "/0+ 1 2$$/ "+ 1 "/2/ 1 "+
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