细胞生物学实验技术一

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1、动物细胞生物学实验 技术 主 要 内 容 第一节 培养细胞的细胞生物学 第二节 细胞培养 第三节 显微镜知识 第四节 细胞生物学实验技术 第一节 培养细胞的细胞生物学 主要内容 （一）体内、外细胞的差异 （二）体外培养细胞的分型 （三）培养细胞的生长和增殖过程 体外培养的细胞和体内细胞的比较 相似：仍存在细胞和细胞、 细胞和基质的相互关 系 单个细胞虽能生长繁殖, 但不如群体细胞能力强， 当相邻细胞接触，便导致运动停止 细胞相互沟通生物信息的结果 对细胞外基质仍有依存性 差异：失去原有组织结构和细胞形态， 分化减弱 或不明显 细胞外基质 存在于组织中，由细胞合成并分泌至胞外的成分 ，分布在细胞

2、表面或细胞之间的大分子，包括纤 维性成分(胶原蛋白、弹性蛋白和网织蛋白)、连接 蛋白(纤维粘连蛋白、层粘连蛋白)和空间充填分子 (主要为糖胺聚糖)等，其对细胞增殖和分化发挥重 要调控作用。 这些物质构成复杂的网架结构，支持并连接组织 结构、调节组织的发生和细胞的生理活动。 1影响细胞的存活、生长与死亡 正常真核细胞，大多须粘附于特定的 细胞外基质上才能抑制凋亡而存活，称 为定着依赖性（anchorage dependence ）。例如，上皮细胞及内皮细胞一旦脱 离了细胞外基质则会发生程序性死亡。 2决定细胞的形状 细胞呈单个游离状态时多呈球形。 同一种细胞在不同的细胞外基质上粘附 时可表现出完

3、全不同的形状。 细胞外基质决定细胞的形状这一作用是 通过其受体影响细胞骨架的组装而实现 的。 3控制细胞的分化 细胞通过与特定的细胞外基质成分作用 而发生分化。 例如，成肌细胞在纤粘连蛋白上增殖并保 持未分化的表型；而在层粘连蛋白上则停 止增殖，进行分化，融合为肌管。 4参与细胞的迁移 细胞外基质可以控制细胞迁移的速度与 方向，并为细胞迁移提供“脚手架”。 细胞的迁移依赖于细胞的粘附与细胞骨 架的组装。细胞粘附于一定的细胞外基 质时诱导粘着斑的形成，粘着斑是联系 细胞外基质与细胞骨架“铆钉”。 （一）体内、外细胞的差异 体内：神经和体液的调节、细胞间相互影 响 体外：缺乏动态平衡的稳定环境 发

4、生的变化 分化现象减弱 形态功能趋于单一化 一定时间后死亡或者转化获得不死性 体外培养的细胞仍具有研究的意义 许多性状仍与体内相同 如体外培养的心肌细胞仍可博动， 细胞在培养中的表现，存在相应基因关闭 开启引起的现象，在培养的细胞中某些 特定功能的丧失，可为该基因的表达与调 控提供线索。 （二）体外培养细胞的分型 贴附型：大多数培养细胞贴附生长，属于 贴壁依赖性细胞，判断细胞形态时不能按 体内组织学标推判定 悬浮型：见于少数特殊的细胞，白血病细 胞，骨髓细胞或免疫细胞，不需要细胞间 和细胞与培养表面的接触 。 贴附型细胞的分类 成纤维细胞型 上皮型细胞 游走细胞型 多型细胞型 成纤维细胞型 梭

5、型或不规则三角形，生长时呈放射状。 除真正的成纤维细胞外，凡由中胚层间充质起源的组 织，如心肌、平滑肌、成骨细胞、血管内皮等常呈本 型状态。 凡培养中形态与成纤维类似时皆可称为成纤维细胞。 上皮型细胞： 扁平不规则多角形，彼此紧密相连。生长时呈膜状移动 ，细胞很少单独行动。 起源于内、外胚层的细胞如皮肤表皮及其衍生物、消化 管上皮、肝胰、肺泡上皮等皆成上皮型形态。 游走细胞型： 散在生长，不连成 片，呈活跃游走或 变形运动，方向不 规则。 此型细胞不稳定， 有时难以和其他细 胞相区别。 多型细胞型： 有一些细胞，如神 经细胞难以确定其 规律和稳定的形态 ，可统归于此类。 （三）培养细胞的生长和

6、增殖 过程 培养细胞的生命周期 是指细胞在培养中持续增殖和生长的时间。 种类、供体的年龄等。 人胚成纤维细胞可传3050代，约150300个增殖周期，能 维待一年左右，最后衰老凋亡（Apoptosis）。小鼠的胚胎 成纤维细胞仅可传几代 供体为成体或衰老个体，则生存时间较短； 肝细胞或肾细胞，生存时间更短，仅能传几代或十几代。 当细胞发生遗传改变，如获永生性或恶性转化时，细胞的生 存期才可能发生改变。 生命周期的三个阶段 原代培养期 传代期 衰退期 原代培养：从体内取出组织,分离出细胞、接种培养 到 第一次传代。 原代培养（Primary Culture）期 原代培养细胞与体内原组织细胞在形态

7、结构和功能上 相似性大。 特点 细胞群是异质的（Heterogeneous） 细胞克隆形成率（Cloning Efficiency）低，即细胞独立生 存性差。 由于原代培养细胞和体内细胞性状相似性大，是检测药物很 好的实验对象 原代培养分为两种方法 直接接种组织块 由组织分离出细胞后接种 组织块接种：牛胎儿成纤维细胞 传代期： 原代培养细胞一经传代后便改称做细胞系 （Cell Line）。此期的持续时间最长。 在培养条件较好情况下，细胞增殖旺盛， 并能维持二倍体核型。 为保持二倍体细胞性质，细胞应在原代培 养期或传代后早期冻存。 一般情况下当传代1050次左右，细胞增 殖逐渐缓慢，以至完全停止

8、，细胞进入第 三期。 衰退期： 增殖很慢或不增殖，最后衰退凋亡。 少数情况下，细胞可能发生自发转化（Spontaneous Transformation）。转化的标志之一是细胞可能获得永生 性（Immortality）或恶性性质（Malignancy）。这样的细 胞群体称无限细胞系（Infinite Cell Line），也称连续细胞 系（Continuous Cell Line）。 无限细胞系的形成主要发生在第二期末，或第三期初阶 段。细胞获不死性后，核型大多变成异倍体（ Heteroploid）。 细胞的一代生存期 1潜伏期（Latent Phase） 2指数增生期（Logarithmic

9、 growth Phase） 3停滞期（Stagnate Phase） 1潜伏期（Latent Phase） 细胞接种培养后，先是悬浮期。此时细胞质回缩，胞 体呈圆球形。 接着细胞贴附于底物表面，称贴壁， 各种细胞贴附速度不同，这与细胞的种类、培养基成 分和底物的理化性质等密切相关。 经过延展过程变成极性细胞 可运动，基本无增殖。 细胞接种密度大时潜伏期短。 当细胞分裂相开始出现并逐渐增多时，标志细胞已进 入指数增生期。 不同的细胞贴壁的时间不同 如巨噬细胞、成纤维细胞等粘附能力强, 能在数分钟至 数十分钟内粘附到固相表面 如神经元细胞、羊水细胞，粘附能力弱, 需要数小时乃 至更长的时间才能粘

10、附到固相表面 可利用此特点（粘附：快、牢；慢、弱） 分离、纯化细胞 贴附过程 ：3步 贴附因子粘附 细胞开始附着 细胞进一步 牢固附着伸 展 细胞贴壁影响因素 生物因素：血清、培养液中的促附着因子 机械、物理等其他因素： 流动：培养液流动可阻止细胞附着 离心：促进附着 低温：可抑制附着 加速细胞贴壁的措施 包被培养皿底面：对分化程度高、生长能力差的 细胞可在培养瓶皿表面包被有利于细胞粘附和生 长的生物活性物质 如:-通过其所带电荷先吸附培 养皿底部, 培养的细胞再与其结合。 血清内含有多种能够促进细胞粘附的成分 减少接种时细胞悬液的量，待细胞粘附和贴壁之 后，再补充足够的培养液 培养液中离子成

11、分及其浓度 如，培养液中的Ca含量过低时不利于 细胞的粘附、贴壁和铺展 合适的培养温度 细胞铺展（伸展） (spread) 进行生命活动的一种基本的生长特点或生长行为 铺展状况制约细胞的分裂增殖活动 铺展的过程 细胞先由圆形变为圆饼形(放射状铺展细胞) 逐渐铺开伸 展成为扁平的极性细，铺展的越好与生长基质的表面接 触面越大 极性细胞就是细胞在体外的特征性细胞形态 铺展状况与细胞的生长有密切关系 只有当细胞铺展到合适的程度DNA合成才开始进行 2， 指数增生期（Logarithmic growth Phase） 是细胞增值最旺盛的阶段，是细胞一代中活力最好的时 期,是进行各种实验最好的和最主要的

12、阶段。 以细胞分裂指数（Mitotic Index：MI）作为判定细胞 生长旺盛与否的重要标志。即每1000个细胞中的分裂相 数。 体外培养细胞分裂指数受细胞种类、培养液成分、 pH、培养箱温度等多种因素的影响。一般细胞的分 裂指数介于0.1%0.5%，原代细胞分裂指数低，永 生细胞和肿瘤细胞分裂指数可高达3%5%。pH和 培养液血清含量变动对细胞分裂指数有很大影响 2， 指数增生期（Logarithmic growth Phase） 接触抑制（Contact Inhibition） 由于细胞增殖而的相互接触，进而抑制细胞的运动和增 殖，这种现象称接触抑制（Contact Inhibition

13、）。 恶性细胞则无接触抑制现象，因此接触抑制可作为区别 正常与癌细胞标志之一。 接触抑制是创面愈合过程中一个十分有趣的现象。当周 边的上皮向创面中央爬行时,一旦上皮细胞互相接触,就 停止分化和增殖。该现象就叫“接触抑制“。因此,创面 上不会出现多余的皮赘。这也是一种十分巧妙和“神秘 “的调控现象。 接触抑制（Contact inhibition） 细胞相互接触时，将 停止增长； 细胞停留在细胞周期 的G0期； 转化的细胞却可以继 续生长导致细胞重叠 堆积生长。 3停滞期（Stagnate Phase）： 细胞数量达饱和密度后，细胞遂停止增殖，进入停滞期。 此时细胞数量不再增加，故也称平顶期（P

14、lateau）。 停滞期细胞虽不增殖，但仍有代谢活动，培养液中营养 渐趋耗尽，代谢产物积累、pH降低。 此时需做分离培养即传代，否则细胞会中毒，发生形态改 变，重则从底物脱落死亡。传代过晚（已有中毒迹象）能 影响下一代细胞的机能状态。在这种情况下，虽进行了传 代，因细胞已受损，需要恢复，至少还要再传12两代， 通过换液淘汰掉死细胞和使受损轻微的细胞得以恢复后， 才能再用。 第二节、细胞培养 主 要 内 容 （一）细胞培养所需条件 （二）细胞培养所需用品 （三）细胞培养液 （四）细胞的原代、继代培养 （五）细胞的冻存和复苏 （六）细胞污染 （一）细胞培养所需条件 1 营养需要 2 细胞的生存环境

15、 温度: 37 O2 CO2: 5% CO2 +H2O H2CO3 H+ + HCO3- pH: 7.2-7.4 渗透压 湿度 3 无污染 4 无毒 （二）细胞培养所需用品： 无菌间、超净工作台，压力蒸汽消毒器，电热干燥箱 ，滤器，酸缸，紫外灯 CO2培养箱 倒置显微镜 液氮罐 自动双重纯水蒸馏器，纯水仪 耗材：培养瓶，吸管，电动吸引器，培养板， 冻存 管 1超净工作台(Hood): A.水平流超净工作台(Horizontal air flow) B.垂直流超净工作台(Lateral air flow) C.层流空气超净工作台(Laminar air flow) 水平流超净工作台 背送风，但病毒是不实用的，容易对人有害 垂直流超净工作台 超净工作台的清洁维护： 保持工作台上无死角，让空气得到充分过滤 ，即试验完毕后，将所有的用品收藏起来， 工作台上只留有酒精灯及橡皮头。工作前和 工作完毕都要用酒精擦桌面，如果桌面滴有 培养液等物，实验结束后应先用水擦，然后 用酒精再擦。还需定期检测工作台滤器过滤 的效率。 整个接种操作应在近火焰处进行，且动作要迅速 正 确 错错 误误 接种过过程中尽可能达到悬悬空要求 防