细胞培养基本知识基本技术

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细胞培养的基本知识、 基本技术
医学院 中心实验室 谷景义 85225841
主要内容: •1、细胞培养基本知识 •2、培养细胞生长环境 •3、细胞培养基本技术
•4、培养细胞质量控制
一、 细胞培养
• 把取得的组织用机械或消化的方法分 散成单个细胞,用培养基制成细胞悬 液,在体外适宜条件下,使细胞生长 繁殖,并保留其一定的结构和功能特 性。
二、培养细胞生长环境
Cell Culture Environment
Substrate Gas Medium Serum Supplements
Glass ﹠ Plastic Culture Vessels ……
O2 CO2
……
pH Osmolality Temperature ……
Hormones FBS Growth factors NCS Antibiotic ……
培养细胞的特性1 -生长方式及类型
• 贴附型、悬浮型
培养细胞的特性2 - 增殖特点
• 体外培养的细胞既保持了一定的体内细 胞的基本特性,但也具有本身的一些特 点。 • 贴附-伸展 • 接触抑制-增殖的密度抑制
贴附-伸展
接触抑制
• 当一个细胞被其他细胞围绕导致无处 可去而保持接触时,细胞不再移动, 在接触区域的细胞膜活动将停止。 • 因此,一般正常细胞并不相互重叠于 其上生长。
• 应用: • 软骨和骨组织(软骨细胞和干细胞,再生损伤的软骨、骨) • 循环系统和心脏(有目的地改变血管形成)
细胞培养技术的特点及应用
优点:
1)研究的条件可以人为控制 2)研究的样本均一 3)研究内容方便观察、检测、记录 4)研究的费用相对于经济
缺点:体外培养的细胞不能完全Байду номын сангаас同于体 内的细胞。
应用
用含血清培养液终止其对细胞的消化作用


胰蛋白酶溶液配制 • 胰蛋白酶粉末置烧杯中,用少许D-Hanks 平衡盐溶液调成糊状,再补足D-Hanks 平 衡盐溶液(常用浓度为0.25% )搅拌混匀, 置室温 4 小时或冰箱过夜,不断搅拌振荡 • 次日,先用滤纸粗滤,再进行过滤除菌, 分装入瓶中, -20℃保存备用(以免分解 失效), • 胰蛋白酶溶液偏酸,使用前可用碳酸氢钠 溶液调 pH 至7.2 左右
• 抗菌素的使用:
• 在培养液配制后,培养液内常加适量抗菌素,以抑制可 能存在的细菌的生长。 • 通常是青霉素和链霉素联合使用。 • 最终使用浓度为每毫升100单位。 •
制备1000ml RPMI 1640培养基
RPMI 1640 干粉培养基10.4g(1包) 超纯水 400ml ↓ 磁力搅拌至完全溶解 ↓ 加超纯水定容至1000ml 在超净台内无菌条件下,用灭菌后的并置有 0.22μm 孔径滤膜的过滤器除菌,分装200ml/瓶, -20℃保存备用。 用前取一瓶溶解,每200ml培养液加灭活的 小牛血清至终浓度为10%,即加22ml。加青霉素 和链霉素至终浓度各为100U/ml。
• 饱和密度:在特定条件下,培养器皿内能
达到的最高细胞数,当细胞达到饱和密度后细胞 群体停止繁殖。
• • • •
潜伏期/滞留期 指数增长期 平台期/停滞期 退化或死亡
• 细胞系的生长过程
• 细胞系:原代培养细胞经首次传代成功后即成为
细胞系,可泛指一般可以传代的细胞。
• 细胞株:通过筛选或克隆化,从原代细胞或细胞
• 高等生物体,细胞周期时间的长短变化主 要集中在G1期,S,G2和M期基本保持稳 定。
• Hela 8-16h 5-9h 2-8h
20-28h
一群细胞的增殖:细胞生长曲线
• 接种后,每天进行检测计数,以细胞数为 纵坐标,以时间为横坐标,绘制成曲线。
• 测定细胞绝对生长数的常用方法,也是判定细胞 活力的重要指标,是培养细胞生物学特性的基本 参数之一。
• 血清质量好坏是实验成败的关键。 • 常用血清: 胎牛血清、小牛血清、兔血清、马血清等, 以胎牛血清质量最好。
• 优质血清的标准: 透明,淡黄色,无沉淀物,无细菌、支原体、 病毒污染。
pH 调整液
• NaHCO3 溶液(碱)
▫ 常用浓度为7.5%。配制时用三蒸水溶解后,过滤除菌或高 压灭菌,分装,4℃保存
血清
• 热灭活:56℃, 30 分钟加热已完全解冻的血清 (目前少用) • 热灭活目的:灭活血清中的补体成分。如果不做 细胞因子和免疫相关的实验,建议血清不要灭活。 热处理造成血清沉淀物增多,影响血清质量。 甚至严重影响细胞生长速度,且细胞贴壁率降低。 • 血清中的沉淀物
– 絮状物:血清中的脂蛋白变性及解冻后血清中纤维蛋白造成, 这些絮状物不会影响血清本身的质量。可用离心3000rpm, 5 分钟去除,也可不用处理 – 显微镜下“小黑点”:经过热处理过的血清,沉淀物的形成 会显著增多。有些沉淀物在显微镜下观察象“小黑点”,常 误认为血清受污染。一般情况下,此小黑点不会影响细胞生 长,但如果怀疑血清质量,则应立即停止使用,更换另一批 号的血清
• HEPES(分子量238.31)溶液
▫ 一种弱酸,羟乙基哌秦乙硫磺酸,对细胞无毒性 ▫ 主要作用:防止培养基pH迅速变动。 在开放式培养条件下,观察细胞时培养基脱离了5%CO2的 环境,CO2气体迅速逸出,pH迅速升高,若加了HEPES,此 时可以维持pH7.0左右。一般在进行克隆化培养时要添加 HEPES ▫ 使用终浓度一般为10-50mmol/L ▫ 常配成1M 储存液:用20ml 双蒸水溶解4.76克HEPES,过滤 除菌或高压灭菌,分装小瓶,4℃保存。使用时可向100ml 培养液中加入2ml HEPES浓缩液,终浓度为20mmol/L
• 普通的细胞培养由于细胞在体外改变的环境下增生逐渐丧失 了原有的性状,往往和体内情况不相符,而动物实验完全在 体内进行, 但由于体内的多种因素制约以及体内和外界环境 相互影响而变得复杂化, 难以研究单一过程,且难以研究中 间过程。三维细胞培养技术是介于单层细胞培养与动物实验 之间的一种技术,既能最大程度的模拟体内环境,又能展现 细胞培养的直观性及条件可控性的优势。
KCl KH2PO4 NaCl NaCO3 Na2HPO4 D-Glucose 0.40g 0.06g 8.00g 0.35g 0.048g 1.00g
Phenol Red
0.01g
2、 生存环境
• 细胞培养必须具备细胞生存并繁殖的 生理学能接受限度内的物理化学特性
• (1)温度 • (2)气相 • (3) PH
• 原代细胞:从机体取得组织材料,在体外
培养生长,到第一次传代前。
• 传代细胞:当原代细胞持续生长繁殖一段
时间,达到一定的细胞密度后传代的细胞。
培养瓶培养法
方法: 将培养对象直接接种于培养瓶内,再放 入培养箱进行培养。
优点: 1、可以避免培养瓶表面粗糙等原因对培养物 的影响。 2、可以方便地进行显微镜观察、染色等操作, 以及永久保存。 3、增加了培养瓶的培养面积。
消化液
• 分离组织和分散细胞 • 常用:胰蛋白酶、二乙胺四乙酸二钠(EDTA) • 单独或混合使用
• 胰蛋白酶溶液:

胰蛋白酶作用于与赖氨酸或精氨酸相连接的 肽健,除去细胞间粘蛋白及糖蛋白,影响细胞 骨架,从而使细胞分离。
• •
胰蛋白酶液浓度越高,作用越强,但超过 一定限度会损伤细胞。 胰蛋白酶液消化时间:2-10分钟。
系中获得具有特殊性质或标志物的细胞。
• 细胞系亚系:由某一细胞系分离出来,在性状
上与原细胞系不同的细胞系,称该细胞系的亚系
• 有限细胞系(Finite cell line)如果不能继续传代
或传代有限,可称为有限细胞系。
• 连续细胞系(Continuous cell line)能够连续传代的
细胞叫做“连续细胞系或无限细胞系。可培 养50代以上并无限培养下去。 • 大多数的二倍体细胞为有限细胞系。无限细 胞系大多已发生变异。
• 病毒学:病毒鉴定,病毒抗原作用,疫苗生产…… • 免疫学:杂交瘤-单克隆抗体…… • 遗传学:染色体分析…… • 肿瘤学:筛选重要的抗肿瘤药物…… • 分化及发育:刺激使细胞群体发生改变…… • 细胞毒实验:药效测试…… • 临床医学及生物技术:干细胞培养定向诱导分
化后移植;组织工程软骨损伤修复;试管婴儿……
气相和PH
• 5% CO2 + 95%空气混合气体(O2)。 • CO2既是细胞生长所需,同时又是细 胞代谢的产物,并与维持培养基的PH 有关。 • 最适PH 7.2 – 7.4 • 低于PH 6.8或高于PH7.6可能对细胞有 害,甚至死亡。
酚红指示剂:黄– 6.6 – 橙 – 8.0 – 红
EDTA· 4Na 溶液
• 一种化学螯合剂,对细胞有一定的离散作用, 而且毒性小,价格低廉,使用方便 • 常用工作液浓度为0.02%。 注意:使用EDTA 处理细胞后,要用平衡盐液 冲洗干净,因残留的EDTA 会影响细胞生长
D-Hanks’ 平衡盐溶液(D-Hanks Balanced Salt Solutions, D-HBSS)
Storage At 4℃
1 、细胞的营养需求
• (1)氨基酸、维生素、碳水化合物、无机离子 • (2)促生长因子等 • • • • • 完全培养基的组成: 基础培养基 血清 碳酸氢钠 青、链霉素
80%一95% 5%一20% 2.0 g/L 各100单位/毫升
基础培养基的选择
参考: (1)建立某种细胞株所用的培养基应是培养这种细胞首选的培养 基。可以查阅参考文献,或在购买细胞株时咨询。
• 1951年Gey首建人肿瘤细胞——Hela细胞系。
• 从50年代末开始,组织培养技术应用进入 了一个繁盛的阶段,广泛应用于生物学和 医学研究各个领域。
无血清培养
无血清培养基:是不需要添加血清就可以维持细胞在
体外较长时间生长繁殖的合成培养基。但是它们可能包含 个别蛋白或大量蛋白组分。基本成分为基础培养基及添加 组分两大部分。
观察一种生长因子对某种细胞的作用,这时需要排除其他 生长因子的干扰作用。而血清中可能含有各种生长因子; 又如需要测定某种细胞在培养过程中分泌某种物质(抗体、 生长因子)的能力;或者要大规模的培养某种细胞,以获 得它们的分泌产物。 往往针对性很强,价格偏高。
三维细胞培养技术
• 将具有三维结构不同材料的载体与各种不 同种类的细胞在体外共同培养, 使细胞能 够在载体的三维立体空间结构中迁移、生 长, 构成三维的细胞-载体复合物。
温度
• 体外培养的细胞需要在保持一定恒温的环境中才 能生长。在达到最适温度(37°)前,一般细胞 繁殖率因温度的升高而增加,但是,温度逐步升 高并超过最适温度时,繁殖会被抑制。 • 当温度在25°- 35°,细胞的生长速度很慢,但 能够生存;细胞在4°也能存活数天;只要温度 不低于0°,细胞都能生存;加了保护剂还能放 到液氮中保存。 • 当高温时,在41°- 42°中培养1h,细胞损伤严 重,43°以上,则多数细胞死亡。 • 高温比低温对细胞的影响更为明显。
细胞增殖密度抑制
• 当细胞生长汇合形成单层时,细胞变得比 较拥挤,这时其分裂停止,这种细胞可在 静止状态下维持存活一段时间,但不会继 续分裂生殖。
• 转化细胞或恶性肿瘤细胞与正常细胞不同,他们 的接触抑制和增殖密度抑制常常降低,因而可以 增殖至较高的终末细胞密度。
培养细胞的特性3 -生长过程
• 单个细胞增殖:细胞周期
(2) 其它实验室惯用的培养基不妨一试,许多培养基可以适合多 种细胞。
(3) 用多种培养基培养目的细胞,观察其生长状态,可以用生长 曲线、集落形成率等指标判断,根据实验结果选择最佳培养基, 这是最客观的方法,但比较繁琐。 常用的培养基种类 RPMI-1640(标准型)、DMEM-高糖(标准型)、 DMEM-低糖(标准型)、DMEM-F12 等……
培养板培养法
方法:将培养细胞接种在培养 板的孔内,然后在CO2培养箱 内培养。应培养量较小也称为 微量培养。
• 1907 年 -Harrison用细胞培养解决一个难题
• 盖玻片覆盖凹型载玻片悬滴培养法
• 1910 至 1923年 – Carrel 和早期的组织培养
• 卡氏瓶培养法
• 1943年Earle、Dulbecco等创建单层细胞培 养法,首建长期传代的L-细胞系。
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