第二節(jié)　細胞培養(yǎng)的特點與應(yīng)用

一、細胞培養(yǎng)的特點

細胞或組織培養(yǎng)具有很多優(yōu)越性，但也存在一定的局限性，因此對之應(yīng)有全面的認識。

細胞培養(yǎng)的主要優(yōu)點如下：

（1）研究的對象是活的細胞　這是組織或細胞培養(yǎng)最重要的優(yōu)點。在實驗過程中，根據(jù)要求可始終保持細胞的活力，并可長時期地監(jiān)控、檢測，甚至定量評估一部分活細胞的情況，包括其形態(tài)、結(jié)構(gòu)和生命活動等。

（2）研究的條件可以人為地控制　進行體外的細胞培養(yǎng)實驗時，可以根據(jù)需要，控制包括pH、溫度、O2濃度、CO2濃度等物理化學條件，并且可以做到很精確以及保持其相對的恒定。同時，可以施加化學、物理、生物等因素作為實驗條件，這些因素同樣可以處于嚴格控制之下。

（3）研究的樣本，可以達到較高的均一性　取自一般的組織樣本，其構(gòu)成的細胞類型含有多種，即使是來源于同一組織，也不能做到均一性。但是，通過細胞培養(yǎng)一定的代數(shù)后，所得到的細胞系則可以達到均一性而屬同一類型的細胞，需要時，還可采用克隆化等方法使細胞達到純化。

（4）研究的內(nèi)容便于觀察、檢測和記錄　體外培養(yǎng)的細胞可采用各種技術(shù)和方法來觀察、檢測和記錄，充分地滿足實驗的要求，如：通過倒置相差顯微鏡、視頻終端等直接觀察活的細胞；電子顯微鏡分析細胞的超微結(jié)構(gòu)；同位素標記、放射免疫等方法檢測細胞內(nèi)物質(zhì)的合成、代謝的變化等。

（5）研究的范圍比較廣泛　多種學科均可利用細胞培養(yǎng)進行研究。如細胞學、免疫學、腫瘤學、生化學、遺傳學、分子生物學等。可供實驗的組織來源眾多，包括各種動物的各類組織，如可以是嚙齒類動物或哺乳類動物、可以是動物的胚胎或成體、可以是正常組織或腫瘤組織等。

（6）研究的費用相對較低　由于細胞培養(yǎng)有可能大量提供在同一時期條件相同、性狀相似的實驗樣本，因此有時可比體內(nèi)實驗經(jīng)濟得多。例如，一個需要100只小鼠才能得出結(jié)論的實驗可以用100片蓋玻片或幾個多孔培養(yǎng)板就獲得具有相同統(tǒng)計學意義的結(jié)果。

缺點：盡管培養(yǎng)技術(shù)不斷發(fā)展，并努力創(chuàng)造條件以模擬動物體內(nèi)狀況，但是體外培養(yǎng)的組織或細胞與體內(nèi)類似組織細胞仍然存在差異。可以說，任何組織或細胞置于體外培養(yǎng)后，培養(yǎng)細胞失去體內(nèi)細胞的制約和整體調(diào)節(jié)作用，其細胞形態(tài)和功能都會發(fā)生一定程度的改變。因此，對于體外培養(yǎng)的細胞，應(yīng)該把他們視作一種既保持動物體內(nèi)原細胞一定的性狀、結(jié)構(gòu)和功能又具有某些改變的特定的細胞群體，而不能將之與體內(nèi)的細胞完全等同。這一點，在進行研究、分析時應(yīng)予注意。另外，細胞培養(yǎng)存在一定的不穩(wěn)定性也是其缺點之一。體外培養(yǎng)的細胞，尤其是反復(fù)傳代、長期培養(yǎng)的，有可能發(fā)生染色體非二倍體改變等情況。

二、細胞培養(yǎng)技術(shù)的應(yīng)用研究

1.在病毒學中的應(yīng)用

培養(yǎng)的細胞為病毒的增殖提供了場所。細胞是分離病毒的基質(zhì)，體外培養(yǎng)細胞環(huán)境無抗體及非特異拮抗物質(zhì)的影響，而且病毒適應(yīng)細胞的敏感性較體內(nèi)細胞高。可采用離心感染法或提取病毒核酸進行感染，并以細胞打孔器協(xié)助感染擴大病毒感染的宿主范圍，使病毒感染指標容易觀察，光學顯微鏡下就可見到包涵體、細胞融合等現(xiàn)象，同時也便于用分子病毒學技術(shù)進行檢測。細胞培養(yǎng)技術(shù)在研究各種病毒的感染機制方面起到了非常重要的作用。如對乙肝病毒（HBV）的研究方面就與細胞培養(yǎng)的應(yīng)用密不可分。HBV感染可引發(fā)急、慢性病毒性肝炎，還與肝硬化、肝細胞癌的發(fā)生和發(fā)展有密切關(guān)系。肝源細胞體外模型對研究HBV生物學特性，HBV的致病機制，HBV基因組的復(fù)制、表達和調(diào)控，體外抗病毒藥物的篩選發(fā)揮了重要作用，大大促進了對HBV的研究。通過細胞培養(yǎng)技術(shù)，可了解豬輪狀病毒的培養(yǎng)特性，建立其分離方法以及FQ-PCR檢測方法，為研發(fā)診斷試劑盒和疫苗奠定基礎(chǔ)。使用細胞培養(yǎng)研究魚類病毒可以減少隱性感染概率和個體差異引起的誤差，使試驗結(jié)果更加準確迅速，可建立細胞株（系）分離和鑒定魚類病毒，進行生物學、病理學和流行病學研究，具有非常重要的意義。

2.在腫瘤學中的應(yīng)用

腫瘤是機體在致癌因子的作用下，組織中的細胞失去對其生長的正常調(diào)控，導(dǎo)致其異常增生而形成的新生物。目前對于各種癌癥還沒有有效的藥物來治療，腫瘤研究的首要任務(wù)是明確致癌機制。細胞培養(yǎng)技術(shù)使研究人員能夠清楚地認識正常細胞、癌前病變細胞、生命有限的腫瘤細胞以及完全轉(zhuǎn)化或永生化的腫瘤細胞的生物學特征，這些逐級進化的細胞是體外研究多階段致癌機制的基礎(chǔ)。體外血管模型主要研究血管的生理和病理以及藥物的作用，根據(jù)培養(yǎng)方式不同可以分為二維和三維血管。徐燕等利用抗結(jié)合的原理CD31抗體免疫磁珠與內(nèi)皮細胞特異性分離獲得了高純度可傳代并具有體外二維管腔樣結(jié)構(gòu)形成特性的ODMCs，建立起簡便快速的卵巢癌微血管內(nèi)皮細胞體外培養(yǎng)體系，為后續(xù)研究卵巢癌抗血管生成提供了良好的試驗材料。馬曉雯等建立一種有效培養(yǎng)人肺腺癌A549 Sphere細胞的方法，并在A549 Sphere細胞中初步證明了人肺腺癌中可能存在腫瘤干細胞，這些Sphere細胞可富集干細胞樣細胞，抗化療藥物的能力也增強。不僅為分離A549細胞中的腫瘤干細胞提供一種可能的有效途徑，也為理解臨床肺腺癌治療的耐藥性提供了新思路。

3.在藥理學中的應(yīng)用

細胞培養(yǎng)在藥理學中的應(yīng)用比較廣泛。通過培養(yǎng)細胞的生長曲線可計算細胞增長的絕對指數(shù)，從而可以直觀地了解細胞生長與死亡的動態(tài)變化，一般用于檢測各種藥物對細胞生長的影響。利用培養(yǎng)細胞的放射自顯技術(shù)，研究細胞的物質(zhì)代謝、動態(tài)變化和細胞周期等，對于藥物作用機制的研究有重要作用。細胞培養(yǎng)可用于抗動脈粥樣硬化、治療糖尿病等藥物的研究等。目前，體外培養(yǎng)活的心肌細胞已經(jīng)廣泛應(yīng)用于藥理學方面的研究。此方法通過對心肌細胞的培養(yǎng)，可以觀察各種藥物對其直接作用和對活細胞影響的動態(tài)過程，深入研究藥物對心肌細胞的離子轉(zhuǎn)運的影響，建立各種心肌細胞損傷模型，利于探討藥物的作用機制。此外，還具有簡便、準確、快捷、節(jié)約動物和藥品等特點，可大幅提高研究效率。陽海鷹等利用試驗建立的新生小鼠心肌細胞體外培養(yǎng)方法，結(jié)果表明，單細胞收獲率和心肌細胞純度高，心肌細胞搏動時間長；并應(yīng)用此細胞模型觀察了鐮刀菌毒素丁烯酸內(nèi)酯（BUT）對心肌的毒性作用，證明具有結(jié)果穩(wěn)定、重復(fù)性好等優(yōu)點。這不僅為毒理學，還為藥理學研究提供了一個較好的實驗?zāi)Ｐ汀?/p>

4.在動物生產(chǎn)中的應(yīng)用

細胞培養(yǎng)作為細胞生物學乃至生物學研究的重要技術(shù)，在生物領(lǐng)域中占有重要地位。動物組織（細胞）培養(yǎng)開始于20世紀初，發(fā)展至今已成為生物、醫(yī)學研究及應(yīng)用廣泛采用的技術(shù)方法，目前這項技術(shù)也廣泛應(yīng)用于動物生產(chǎn)的研究。球蟲是一類寄生于雞等動物腸道上皮細胞的一種原蟲，廣泛分布于世界各地，是目前危害養(yǎng)雞業(yè)的重要疾病之一。而細胞培養(yǎng)為球蟲研究提供潔凈無污染的環(huán)境，為研究抗球蟲藥物的作用機制、活性以及球蟲的發(fā)育、行為、結(jié)構(gòu)、免疫、遺傳、細胞化學和生物化學等方面提供更有效的研究工具。在魚類方面，利用細胞克隆技術(shù)可以培育出新品種，還可以通過細胞培養(yǎng)技術(shù)進行魚類病毒的分離、鑒定和增殖。Nicolajsen等證明，虹彩病毒在BF-2、EPC、CHSE-214、RTG-2、FHM 5種細胞系均有較好的繁殖，這為研究宿主和病原之間的機理提供了幫助。鄭凱等通過獲得較高純度的牦牛子宮肉阜上皮細胞并進行培養(yǎng)，可為牦牛胎兒與母體之間的相互調(diào)控及物質(zhì)運輸提供簡捷的研究平臺。

5.在其它方面的應(yīng)用

細胞培養(yǎng)技術(shù)可用于有毒物質(zhì)毒性機理的研究。可利用體外培養(yǎng)動物細胞來研究氟化物的毒性機制。法國巴斯德研究所和美國西奈山醫(yī)學中心就在哺乳動物細胞中成功表達了乙肝表面抗原。我國也成功研制了由中國倉鼠卵巢細胞（CHO）細胞系表達的基因工程乙肝疫苗。