动物细胞培养：在体外培养动物细胞

什么是动物细胞培养？

动物细胞培养是指把取自动物或人的细胞，放在封闭、干净的容器里，在体外培养。它也叫体外培养（in vitro），意思是“在玻璃器皿中”。

动物细胞比细菌或植物细胞更难培养。它们需要：

• 无菌的环境：操作在超净工作台（一种送出洁净空气的柜子）里进行，用的工具也要无菌。
• 培养基：一种液体“食物”，含有葡萄糖（糖）、氨基酸、盐、维生素，通常还有血清（血液的液体部分，例如胎牛血清），它提供生长因子。有时还会加抗生素来防止细菌。
• 合适的条件：37 °C（体温）、pH 约 7.2–7.4，培养箱里有 5% 的二氧化碳。CO₂ 与培养基里的碳酸氢盐一起，让 pH 保持稳定。

来自组织的大多数细胞是贴壁的：必须贴在表面上才能生长。血细胞和少数其他细胞则漂浮在液体里生长，这叫悬浮培养。

培养方法：原代培养、传代和细胞系

原代培养

把一小块组织剪碎，用胰蛋白酶或胶原酶等酶处理，使细胞松开。然后把细胞放进有培养基的培养瓶里。这种直接从组织得到的第一次培养，叫原代培养。

生长和汇合

细胞贴壁、铺开并分裂。当它们长满整个瓶底，排成一层（单层）时，就叫汇合。正常细胞这时会因为互相接触而停止分裂，这叫接触抑制。

传代（继代培养）

为了让细胞继续生长，我们用胰蛋白酶把它们弄松，再分到装有新鲜培养基的新瓶里。每分一次，就是一代。

细胞系

• 有限细胞系：正常细胞只能分裂有限的次数（约 40–60 次），然后就停止。这个限度叫海夫利克极限。
• 连续（永生）细胞系：可以无限分裂的细胞，常常是癌细胞或发生了改变的细胞。著名的 HeLa 细胞系来自 1951 年的一例宫颈癌，至今仍在世界各地的实验室里使用。

细胞可以在液氮（−196 °C）中冷冻保存，多年以后再“唤醒”。这叫冷冻保存。

动物细胞培养的用途

• 疫苗：病毒只能在活细胞里生长，所以脊髓灰质炎、狂犬病、麻疹等疫苗都是用培养的细胞制造的。
• 药物（重组蛋白）：CHO 等细胞被导入人的基因后，就能制造凝血因子、促红细胞生成素或干扰素等蛋白质。
• 单克隆抗体：杂交瘤（一个产生抗体的细胞和一个癌细胞融合而成）可以一直生长，并产生单一的纯抗体，用于检测和癌症治疗。
• 检测药物和化学品：科学家检测新药或化妆品是否会伤害细胞，这样可以少用动物做实验。
• 组织工程：把皮肤细胞培养成片，覆盖严重烧伤的伤口；软骨等其他组织也正在培养中。
• 研究和诊断：研究癌症、衰老和病毒；检查胎儿的染色体（羊膜穿刺取得的细胞要经过培养）。
• 试管婴儿（IVF）：卵子和精子在培养皿里相遇，早期胚胎在培养基中生长几天。

干细胞技术

干细胞是还没有特化的细胞。它有两种能力：自我更新（复制出自己）和分化（变成神经、肌肉或血细胞等特定的细胞）。

• 胚胎干细胞来自很早期的胚胎（约 5 天大）。它们是多能的（全能性较强）：几乎可以变成身体里任何一种细胞。
• 成体干细胞存在于骨髓、皮肤、脂肪等组织中。它们是专能的：只能产生少数几种相关的细胞。骨髓干细胞可以产生所有的血细胞。
• 脐带血里含有丰富的造血干细胞。有些家庭会把它存放在脐带血库里。
• 诱导多能干细胞（iPS 细胞）：2006 年，科学家给普通皮肤细胞加入几个基因，让它们变回多能细胞。这样就不必使用胚胎了。

用途：骨髓移植治疗白血病和地中海贫血、修复角膜、研究帕金森病和糖尿病等疾病，以及用人的细胞来检测药物。需要注意的问题：使用胚胎会引起伦理争议，而且培养出来的干细胞有时会形成肿瘤，所以治疗方法必须经过仔细的检验。

重点公式和概念

• n 次倍增后的细胞数 = 起始细胞数 × 2ⁿ
• 倍增次数 n = 时间 ÷ 倍增时间
• 条件：37 °C，pH ≈ 7.4，5% CO2，无菌培养基
• 原代培养 → 传代 → 有限细胞系或连续细胞系

例题讲解

常见错误

• 以为动物细胞可以在普通糖水里生长。其实它们还需要氨基酸、维生素、盐、生长因子（血清）和稳定的 pH。
• 把原代培养和细胞系搞混。原代培养直接来自组织；细胞系是传代后还能继续生长的细胞。
• 以为 CO2 是动物细胞的食物。5% 的 CO2 只是用来让培养基的 pH 保持稳定。
• 以为所有干细胞都能变成任何细胞。只有多能干细胞（胚胎干细胞、iPS 细胞）可以；成体干细胞只能产生少数几种细胞。