--- --- ---
(點擊查看產(chǎn)品報價)

本文標題："生物顯微鏡可將個體內(nèi)上億的細胞分辨出許多種不同的類型"

細胞系的建立及其應用

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

人是個生物個體，可是我們很難想像人是由上億的細胞和它的衍生物所「黏」成的；而且無法以肉眼觀察的細胞，對我們說來更覺得抽象。由于細胞是個體所組成的最小單位，因此細胞所產(chǎn)生的不正常變化將是個體變異的先兆。所以，將細胞培養(yǎng)在人為控制的環(huán)境下，可間接探測外界因素對個體的影響。從本世紀初起，「細胞培養(yǎng)技術」（cell culture technic）在生物實驗室中就一直扮演很重要的角色。細胞培養(yǎng)最大的利益是，「細胞的分裂」能在我們控制的環(huán)境下進行，更可以廣泛應用。

目前已經(jīng)有四百多種細胞成功地從「活體內(nèi)」（in vivo）轉(zhuǎn)移到「活體外」（in vitro）培養(yǎng)而建立成細胞系（cell line）。這些細胞系有初級細胞系、延續(xù)細胞系及有限生命細胞系三大類。在培養(yǎng)方面，依細胞特性和實驗目的已經(jīng)發(fā)展成三種細胞培養(yǎng)方式：單層培養(yǎng)（monolayer culture）、懸浮培養(yǎng)（suspension culture）、超小粒固定化培養(yǎng)（superbead microcarries culture）等。目前在生物實驗中，有關細胞系建立的技術都已相當成熟，而建立細胞實驗室進行細胞生物學的研究，是從事基礎醫(yī)學最重要的奠基工作。

細胞與生物個體的關係

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

利用生物顯微鏡可將個體內(nèi)上億的細胞分辨出許多種不同的類型。個體的發(fā)育必須經(jīng)過兩個大步驟：第一，由受精卵增殖分裂產(chǎn)生大量的細胞，此過程中需發(fā)生數(shù)百萬次的分裂；第二，細胞生長繁殖到某階段時，必須在各不同部位，精確分化成不同功能的細胞，再以非常有秩序的方式結(jié)合起來，而特化成各種組織與器官，進而形成個體。

個體的一切表現(xiàn)必須受細胞中遺傳質(zhì)體的支配，一旦細胞受損，在嚴重的情況下，細胞會死亡，輕者，細胞會起不正常的變化，進而影響其他的細胞、組織或器官，甚至整個個體。

活體外細胞系的建立

因不同的研究目的，將所需要的組織或器官從生物個體內(nèi)取出，放在培養(yǎng)皿內(nèi)（見圖一）；以生理食鹽水（0.9％ NaCl）沖洗，將一些不必要的組織去除乾淨，用剪刀或手術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)瓶內(nèi)，在適當?shù)臏厥覂?nèi)振動30分鐘。胰蛋白能使細胞從組織上脫落而個別分開，接著將這些已分開的細胞製成細胞懸浮液，再由細胞懸浮液中取一些細胞接種于培養(yǎng)基內(nèi)，置于37℃的恒溫箱（incubator）中培養(yǎng)。培養(yǎng)基內(nèi)的細胞會附著在培養(yǎng)皿的表面，并生長、分裂、繁殖。

如此能在培養(yǎng)皿中繁殖的細胞，稱為細胞系。由于細胞本身的代謝物不斷積存，而培養(yǎng)基內(nèi)的營養(yǎng)物質(zhì)也逐漸用盡，所以每隔一段時間必須將細胞從舊的培養(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。依細胞的特質(zhì)，有些細胞在有限次（小于70次）的移轉(zhuǎn)培養(yǎng)時就老化死亡，此謂有限生命細胞系。超過70次或無限次的移轉(zhuǎn)而能在實驗室中繁殖的稱為延續(xù)細胞系。

細胞培養(yǎng)方法

生物實驗室中常用的培養(yǎng)方法依其目的和特性可分三大類：器官培養(yǎng)（organ culture）、組織培養(yǎng)（tissue culture）、及細胞培養(yǎng)。其中以細胞培養(yǎng)最為困難，因為一般都以高等動物為研究的對象，其細胞都已高度特化，獨立性很弱，欲使其獨立生存繁殖，必須周詳考慮其生活所需之環(huán)境因子。

培養(yǎng)細胞的方法一直是細胞生物學家探討的；若是個體所有部位的細胞都能在體外培養(yǎng)成功，對生物研究，醫(yī)學診斷與治療將是一大突破。目前自動物體內(nèi)培養(yǎng)成的延續(xù)細胞系的數(shù)目如表一。依細胞的特性和實驗目的之需要而有不同的培養(yǎng)方式（見表二）。

一個新的細胞系必須經(jīng)過一些例行的分析步驟，確認為穩(wěn)定后，才能應用到實驗之測試，圖二表示其例行工作。從引進新細胞以后，首先要大量繁殖，以穩(wěn)定「量」的來源（1）；再將其中部分細胞冰凍在液態(tài)氮內(nèi)，視必要時再解凍成新的來源（2）。

量的來源穩(wěn)定后，當求質(zhì)的純化，使我們實驗用的細胞族群能為同一祖先細胞衍生而來。在表面積25平方公分的培養(yǎng)皿上，種植100個細胞，必須使其成為單細胞培養(yǎng)，經(jīng)過7天左右的培養(yǎng)，每一單細胞會長成一群落（colony），而且此群落是由同一祖先細胞衍生而來的，以達到純化目的，此謂次營養(yǎng)系培養(yǎng)〔subclone，（3）〕。選取幾個生長良好的群落，做核型分析〔karyotype test，（4）〕，計算在100個細胞內(nèi)每一種染色體數(shù)目所占的比例多少，用以說明實驗所用的細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，期使細胞保持在最佳的生長狀況，以備實驗需要。在實驗測試之前，必須先做種植率分析〔plating efficiency test，（6）〕：一般理論，種值100個細胞，應該長成100個群落，但由于外界因素及細胞本身狀況，實際上收穫不到100個群落；而所收穫的群落數(shù)占種植細胞數(shù)的比率即為該細胞族群的種植率，以校正細胞的自然死亡。

實驗測試后，細胞必須丟棄，下次實驗所需細胞的數(shù)量超過例行培養(yǎng)數(shù)，則必須重新解凍，再進行另一次的例行培養(yǎng)工作。

實驗室的基本設備

攝食及生長空間是生存的最基本條件，所以培養(yǎng)細胞最重要的是選擇適當?shù)呐囵B(yǎng)基（medium）和恒溫箱。目前實驗室內(nèi)的細胞系都有其特定的培養(yǎng)基以及培養(yǎng)環(huán)境。一般的培養(yǎng)箱溫度都維持在37℃，所輸入的空氣中二氧化碳的量隨細胞系的不同而有差異，一般是在2～5％左右。

細胞系的應用

細胞培養(yǎng)法在細胞生物學上的貢獻很大，隨著細胞培養(yǎng)法的進步，一些新設立的基礎醫(yī)學研究部門也相對的發(fā)展起來。細胞週期分析法、同步培養(yǎng)法等的改進，也同時對于該方面知識的發(fā)展有很大的助益。

利用細胞融合和雜種形成的技術，把來自人類的淋巴細胞和小白鼠的細胞融合成為一個新的細胞，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)的機制及融合瘤（hybridoma）的形成。體細胞遺傳學（somatogenetics）、細胞工程學（cytoengineering）上，均可以細胞培養(yǎng)來作為研究的工具。另外原先認為無法再行分裂的小淋巴球，經(jīng)過培養(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，除了在免疫學上以外，對于人類遺傳性疾病的了解也有很重要的應用。在病毒學的研究上，必須將寄主細胞控制于最單純的情形下進行細胞培養(yǎng)，而細胞系的培養(yǎng)技術近年來使得病毒在分子生物學上的研究，有著不可磨滅的貢獻。

人類歷史上早已有毒性物質(zhì)。近代人類文明進步后，製造許多化學物質(zhì)及輻射線，對生物可能引起不良的影響，為了這方面的研究，細胞培養(yǎng)法提供了調(diào)查毒性時所需的簡便篩選法（screening），或作為探討毒性的機制。因此，它對于病毒學的研究是很重要的。