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本文標(biāo)題："細(xì)胞培養(yǎng)法在細(xì)胞生物學(xué)上的貢獻(xiàn)很大"

細(xì)胞系的建立及其應(yīng)用

【摘要】我們不可能直接以人體去測(cè)試一些外界因子（如輻射、化學(xué)、藥物等）對(duì)人體的效應(yīng)，細(xì)胞系是很好的工具，它可以給我們很多訊息。

人是個(gè)生物個(gè)體，可是我們很難想像人是由上億的細(xì)胞和它的衍生物所「黏」成的；而且無(wú)法以肉眼觀察的細(xì)胞，對(duì)我們說(shuō)來(lái)更覺(jué)得抽象。由于細(xì)胞是個(gè)體所組成的最小單位，因此細(xì)胞所產(chǎn)生的不正常變化將是個(gè)體變異的先兆。所以，將細(xì)胞培養(yǎng)在人為控制的環(huán)境下，可間接探測(cè)外界因素對(duì)個(gè)體的影響。從本世紀(jì)初起，「細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)」（cell culture technic）在生物實(shí)驗(yàn)室中就一直扮演很重要的角色。細(xì)胞培養(yǎng)最大的利益是，「細(xì)胞的分裂」能在我們控制的環(huán)境下進(jìn)行，更可以廣泛應(yīng)用。

目前已經(jīng)有四百多種細(xì)胞成功地從「活體內(nèi)」（in vivo）轉(zhuǎn)移到「活體外」（in vitro）培養(yǎng)而建立成細(xì)胞系（cell line）。這些細(xì)胞系有初級(jí)細(xì)胞系、延續(xù)細(xì)胞系及有限生命細(xì)胞系三大類(lèi)。在培養(yǎng)方面，依細(xì)胞特性和實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊呀?jīng)發(fā)展成三種細(xì)胞培養(yǎng)方式：?jiǎn)螌优囵B(yǎng)（monolayer culture）、懸浮培養(yǎng)（suspension culture）、超小粒固定化培養(yǎng)（superbead microcarries culture）等。目前在生物實(shí)驗(yàn)中，有關(guān)細(xì)胞系建立的技術(shù)都已相當(dāng)成熟，而建立細(xì)胞實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行細(xì)胞生物學(xué)的研究，是從事基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)最重要的奠基工作。

細(xì)胞與生物個(gè)體的關(guān)係

生物個(gè)體的形成，不論是動(dòng)物或植物，都是由上億的細(xì)胞所組成，起初是由一個(gè)單細(xì)胞──受精卵，循著一定的生理規(guī)律分裂生長(zhǎng)。細(xì)胞是有生命的，且?guī)в刑囟ㄟz傳質(zhì)體（specific genetic plasma），由前一代傳到下一代。

利用顯微鏡可將個(gè)體內(nèi)上億的細(xì)胞分辨出許多種不同的類(lèi)型。個(gè)體的發(fā)育必須經(jīng)過(guò)兩個(gè)大步驟：第一，由受精卵增殖分裂產(chǎn)生大量的細(xì)胞，此過(guò)程中需發(fā)生數(shù)百萬(wàn)次的分裂；第二，細(xì)胞生長(zhǎng)繁殖到某階段時(shí)，必須在各不同部位，精確分化成不同功能的細(xì)胞，再以非常有秩序的方式結(jié)合起來(lái)，而特化成各種組織與器官，進(jìn)而形成個(gè)體。

個(gè)體的一切表現(xiàn)必須受細(xì)胞中遺傳質(zhì)體的支配，一旦細(xì)胞受損，在嚴(yán)重的情況下，細(xì)胞會(huì)死亡，輕者，細(xì)胞會(huì)起不正常的變化，進(jìn)而影響其他的細(xì)胞、組織或器官，甚至整個(gè)個(gè)體。

活體外細(xì)胞系的建立

因不同的研究目的，將所需要的組織或器官?gòu)纳�物個(gè)體內(nèi)取出，放在培養(yǎng)皿內(nèi)（見(jiàn)圖一）；以生理食鹽水（0.9％ NaCl）沖洗，將一些不必要的組織去除乾淨(jìng)，用剪刀或手術(shù)刀將剩馀所要的組織切成1立方毫米大小的碎片，再以生理食鹽水沖洗；然后把小碎片組織放到含有胰蛋白（trypsin）溶液的培養(yǎng)瓶?jī)?nèi)，在適當(dāng)?shù)臏厥覂?nèi)振動(dòng)30分鐘。胰蛋白能使細(xì)胞從組織上脫落而個(gè)別分開(kāi)，接著將這些已分開(kāi)的細(xì)胞製成細(xì)胞懸浮液，再由細(xì)胞懸浮液中取一些細(xì)胞接種于培養(yǎng)基內(nèi)，置于37℃的恒溫箱（incubator）中培養(yǎng)。培養(yǎng)基內(nèi)的細(xì)胞會(huì)附著在培養(yǎng)皿的表面，并生長(zhǎng)、分裂、繁殖。

如此能在培養(yǎng)皿中繁殖的細(xì)胞，稱(chēng)為細(xì)胞系。由于細(xì)胞本身的代謝物不斷積存，而培養(yǎng)基內(nèi)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)也逐漸用盡，所以每隔一段時(shí)間必須將細(xì)胞從舊的培養(yǎng)培基內(nèi)移植到另一新的培養(yǎng)基內(nèi)，一般都是每隔三天轉(zhuǎn)移一次。依細(xì)胞的特質(zhì)，有些細(xì)胞在有限次（小于70次）的移轉(zhuǎn)培養(yǎng)時(shí)就老化死亡，此謂有限生命細(xì)胞系。超過(guò)70次或無(wú)限次的移轉(zhuǎn)而能在實(shí)驗(yàn)室中繁殖的稱(chēng)為延續(xù)細(xì)胞系。

細(xì)胞培養(yǎng)方法

生物實(shí)驗(yàn)室中常用的培養(yǎng)方法依其目的和特性可分三大類(lèi)：器官培養(yǎng)（organ culture）、組織培養(yǎng)（tissue culture）、及細(xì)胞培養(yǎng)。其中以細(xì)胞培養(yǎng)最為困難，因?yàn)橐话愣家愿叩葎?dòng)物為研究的對(duì)象，其細(xì)胞都已高度特化，獨(dú)立性很弱，欲使其獨(dú)立生存繁殖，必須周詳考慮其生活所需之環(huán)境因子。

培養(yǎng)細(xì)胞的方法一直是細(xì)胞生物學(xué)家探討的；若是個(gè)體所有部位的細(xì)胞都能在體外培養(yǎng)成功，對(duì)生物研究，醫(yī)學(xué)診斷與治療將是一大突破。目前自動(dòng)物體內(nèi)培養(yǎng)成的延續(xù)細(xì)胞系的數(shù)目如表一。依細(xì)胞的特性和實(shí)驗(yàn)?zāi)康闹�需要而有不同的培養(yǎng)方式（見(jiàn)表二）。

一個(gè)新的細(xì)胞系必須經(jīng)過(guò)一些例行的分析步驟，確認(rèn)為穩(wěn)定后，才能應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)之測(cè)試，圖二表示其例行工作。從引進(jìn)新細(xì)胞以后，首先要大量繁殖，以穩(wěn)定「量」的來(lái)源（1）；再將其中部分細(xì)胞冰凍在液態(tài)氮內(nèi)，視必要時(shí)再解凍成新的來(lái)源（2）。

量的來(lái)源穩(wěn)定后，當(dāng)求質(zhì)的純化，使我們實(shí)驗(yàn)用的細(xì)胞族群能為同一祖先細(xì)胞衍生而來(lái)。在表面積25平方公分的培養(yǎng)皿上，種植100個(gè)細(xì)胞，必須使其成為單細(xì)胞培養(yǎng)，經(jīng)過(guò)7天左右的培養(yǎng)，每一單細(xì)胞會(huì)長(zhǎng)成一群落（colony），而且此群落是由同一祖先細(xì)胞衍生而來(lái)的，以達(dá)到純化目的，此謂次營(yíng)養(yǎng)系培養(yǎng)〔subclone，（3）〕。選取幾個(gè)生長(zhǎng)良好的群落，做核型分析〔karyotype test，（4）〕，計(jì)算在100個(gè)細(xì)胞內(nèi)每一種染色體數(shù)目所占的比例多少，用以說(shuō)明實(shí)驗(yàn)所用的細(xì)胞族群是基于何種比例的染色體數(shù)。量的穩(wěn)定及質(zhì)的確定后，就行一般例行培養(yǎng)（5），每三天移轉(zhuǎn)一次，期使細(xì)胞保持在最佳的生長(zhǎng)狀況，以備實(shí)驗(yàn)需要。在實(shí)驗(yàn)測(cè)試之前，必須先做種植率分析〔plating efficiency test，（6）〕：一般理論，種值100個(gè)細(xì)胞，應(yīng)該長(zhǎng)成100個(gè)群落，但由于外界因素及細(xì)胞本身狀況，實(shí)際上收穫不到100個(gè)群落；而所收穫的群落數(shù)占種植細(xì)胞數(shù)的比率即為該細(xì)胞族群的種植率，以校正細(xì)胞的自然死亡。

實(shí)驗(yàn)測(cè)試后，細(xì)胞必須丟棄，下次實(shí)驗(yàn)所需細(xì)胞的數(shù)量超過(guò)例行培養(yǎng)數(shù)，則必須重新解凍，再進(jìn)行另一次的例行培養(yǎng)工作。

細(xì)胞系的應(yīng)用

細(xì)胞培養(yǎng)法在細(xì)胞生物學(xué)上的貢獻(xiàn)很大，隨著細(xì)胞培養(yǎng)法的進(jìn)步，一些新設(shè)立的基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究部門(mén)也相對(duì)的發(fā)展起來(lái)。細(xì)胞週期分析法、同步培養(yǎng)法等的改進(jìn)，也同時(shí)對(duì)于該方面知識(shí)的發(fā)展有很大的助益。

利用細(xì)胞融合和雜種形成的技術(shù)，把來(lái)自人類(lèi)的淋巴細(xì)胞和小白鼠的細(xì)胞融合成為一個(gè)新的細(xì)胞，而使其不斷的增殖。製作染色體輿圖（chromosome map），解析遺傳因子呈現(xiàn)的機(jī)制及融合瘤（hybridoma）的形成。體細(xì)胞遺傳學(xué)（somatogenetics）、細(xì)胞工程學(xué)（cytoengineering）上，均可以細(xì)胞培養(yǎng)來(lái)作為研究的工具。另外原先認(rèn)為無(wú)法再行分裂的小淋巴球，經(jīng)過(guò)培養(yǎng)的結(jié)果卻發(fā)現(xiàn)，小淋巴球再受到各種刺激后仍可旺盛地分裂下去。此種淋巴球培養(yǎng)技術(shù)，除了在免疫學(xué)上以外，對(duì)于人類(lèi)遺傳性疾病的了解也有很重要的應(yīng)用。在病毒學(xué)的研究上，必須將寄主細(xì)胞控制于最單純的情形下進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)，而細(xì)胞系的培養(yǎng)技術(shù)近年來(lái)使得病毒在分子生物學(xué)上的研究，有著不可磨滅的貢獻(xiàn)。

人類(lèi)歷史上早已有毒性物質(zhì)。近代人類(lèi)文明進(jìn)步后，製造許多化學(xué)物質(zhì)及輻射線(xiàn)，對(duì)生物可能引起不良的影響，為了這方面的研究，細(xì)胞培養(yǎng)法提供了調(diào)查毒性時(shí)所需的簡(jiǎn)便篩選法（screening），或作為探討毒性的機(jī)制。因此，它對(duì)于病毒學(xué)的研究是很重要的。