原代細(xì)胞培養(yǎng)純化是細(xì)胞生物學(xué)研究中的關(guān)鍵步驟,旨在從組織中分離并獲得高純度的特定細(xì)胞類型,為后續(xù)實(shí)驗(yàn)提供可靠的材料。原代細(xì)胞培養(yǎng)純化的作用原理主要圍繞抑制非目標(biāo)細(xì)胞生長、促進(jìn)目標(biāo)細(xì)胞選擇性增殖。
原代細(xì)胞培養(yǎng)純化需結(jié)合實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮图?xì)胞類型選擇合適的方法。操作過程中需嚴(yán)格無菌、優(yōu)化消化條件、檢測細(xì)胞活性,并監(jiān)控污染。通過綜合運(yùn)用多種方法,可獲得高純度、高活性的原代細(xì)胞,為后續(xù)實(shí)驗(yàn)提供可靠材料。
我們在介紹原代細(xì)胞純化前需要了解原代培養(yǎng)的概念,因?yàn)楹芏嘈』锇楹苋菀追植磺逶囵B(yǎng)與原代細(xì)胞的概念:
原代培養(yǎng)(primary culture),通俗地講,就是第一次培養(yǎng)。它是指將培養(yǎng)物放置在體外生長環(huán)境中持續(xù)培養(yǎng),中途不分割培養(yǎng)物的培養(yǎng)過程。
原代培養(yǎng)的實(shí)質(zhì)是初次培養(yǎng),即培養(yǎng)物一經(jīng)接種到培養(yǎng)皿中就不再分割,任其生長繁殖而不更換培養(yǎng)器皿;
原代培養(yǎng)中的『代』并不是指細(xì)胞的『代』數(shù);
原代培養(yǎng)過程中不分割培養(yǎng)物不等于不更換培養(yǎng)基;
植塊培養(yǎng)不一定都是原代培養(yǎng),植塊培養(yǎng)有時(shí)候在培養(yǎng)物增長到一定程度后,也需要移植培養(yǎng)物到新的器皿再培養(yǎng)。
原代細(xì)胞(primary culture cell)是指從機(jī)體取出后立即培養(yǎng)的細(xì)胞。有人把培養(yǎng)的第1代細(xì)胞與傳10代以內(nèi)的細(xì)胞統(tǒng)稱為原代細(xì)胞。
原代細(xì)胞培養(yǎng)純化的主要方法:

機(jī)械分離法
◆原理:利用物理方法(如切割、刮除)分離目標(biāo)細(xì)胞。
◆應(yīng)用:適用于組織塊較大、細(xì)胞分布不均的情況,如從器官中分離特定區(qū)域細(xì)胞;適用于多種類型細(xì)胞明顯成片區(qū)生長,區(qū)域細(xì)胞純度較高。
◆操作:在顯微鏡下手動分離目標(biāo)組織區(qū)域,避免混入其他細(xì)胞類型;在顯微鏡下觀察,用記號筆在細(xì)胞培養(yǎng)瓶上勾畫出雜細(xì)胞的分布區(qū)域,然后用細(xì)胞刮刀伸入瓶內(nèi),刮除雜細(xì)胞,保留目標(biāo)細(xì)胞(常用于成纖維細(xì)胞和上皮細(xì)胞交錯(cuò)成塊分布)。

√ 優(yōu)點(diǎn):操作簡單,成本低。
× 缺點(diǎn):對細(xì)胞機(jī)械損傷較大,分離效果可能不如酶消化法。

酶消化法
◆原理:使用胰蛋白酶、膠原酶等酶類消化組織,如膠原酶,特異性降解纖維化組織的膠原蛋白、消化腫瘤組織塊,破壞來自間質(zhì)的成纖維細(xì)胞,可獲得較純的癌細(xì)胞;中性蛋白酶,切割細(xì)胞外基質(zhì)中的纖連蛋白和層粘連蛋白,釋放單細(xì)胞。
◆應(yīng)用:廣泛用于貼壁細(xì)胞(如成纖維細(xì)胞、上皮細(xì)胞),適用于纖維化組織(如胰腺、肝臟)、腫瘤組織、上皮細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞的分離。
◆操作:將組織剪碎后,加入適量酶液消化,通過控制消化時(shí)間和溫度,使目標(biāo)細(xì)胞脫離組織,
同時(shí)避免消化過度。


√ 優(yōu)點(diǎn):分離效率高,細(xì)胞活性好。
× 缺點(diǎn):酶的成本較高,消化時(shí)間及效果難以控制,且可能對某些細(xì)胞類型有毒性。

差速貼壁分離法
◆原理:利用不同種類細(xì)胞貼壁速度差異性及細(xì)胞敏感性不同,通過控制培養(yǎng)時(shí)間差或消化時(shí)間差,可選擇性移除未貼壁或弱貼壁的細(xì)胞,從而分離目標(biāo)細(xì)胞。
◆應(yīng)用:成纖維細(xì)胞對胰蛋白酶作用敏感,組織塊或消化傳代時(shí),成纖維細(xì)胞常常先脫落;原代細(xì)胞懸液接種后,成纖維細(xì)胞貼壁速度比上皮細(xì)胞、心肌細(xì)胞快。
◆操作:將剛從組織分散的細(xì)胞懸液接種于培養(yǎng)皿內(nèi),于37℃,5%CO2恒溫培養(yǎng)箱中靜置培養(yǎng),0.5-2h后,吸取未貼壁細(xì)胞懸液,一般先貼壁細(xì)胞為成纖維類細(xì)胞,未貼壁懸液多為上皮類細(xì)胞。

√ 優(yōu)點(diǎn):無需特殊試劑,操作簡單。
× 缺點(diǎn):分離周期長,純度可能有限。

化學(xué)試劑抑制法
◆原理:利用增殖期細(xì)胞的作用敏感性,通過抑制雜細(xì)胞增殖,從而避免少量雜細(xì)胞成為優(yōu)勢細(xì)胞,拉大目的細(xì)胞與雜細(xì)胞優(yōu)劣勢差而分離目標(biāo)細(xì)胞。
有些化學(xué)物質(zhì)對成纖維細(xì)胞的生長有抑制作用,而對培養(yǎng)的目標(biāo)細(xì)胞無明顯影響。因此,在細(xì)胞貼壁生長或分裂后,利用這些化學(xué)物質(zhì)抑制成纖維細(xì)胞生長,從而獲得純度較高的目標(biāo)細(xì)胞。
如阿糖胞苷通過抑制細(xì)胞DNA的合成,干擾細(xì)胞的增殖;嘌呤霉素作為蛋白合成抑制劑,能抑制細(xì)胞的生長。
◆應(yīng)用:阿糖胞苷在神經(jīng)元、心肌等不增殖細(xì)胞;嘌呤霉素在微血管內(nèi)皮細(xì)胞等貼壁增殖緩慢的細(xì)胞純化作用。
◆操作:將剛從組織分離出來的神經(jīng)元細(xì)胞懸液接種于培養(yǎng)皿內(nèi),同時(shí)加入合適濃度的藥物篩選,于37℃,5%CO2恒溫培養(yǎng)箱中靜置培養(yǎng),藥物作用2-5d后更換新鮮培養(yǎng)基。


√ 優(yōu)點(diǎn):操作簡便,成本較低,特定細(xì)胞類型效果明顯,可與其他方法聯(lián)合使用。
× 缺點(diǎn):細(xì)胞損傷風(fēng)險(xiǎn)較高,純化效果有限,過程不可控,批次差異大,結(jié)果不穩(wěn)定,可能影響細(xì)胞功能。

密度梯度離心法
◆原理:利用不同細(xì)胞類型的密度差異,通過離心分層。
◆應(yīng)用:適用于血液細(xì)胞等單細(xì)胞懸液(如淋巴細(xì)胞、單核細(xì)胞)的分離。
◆操作:將細(xì)胞懸液疊加于密度梯度介質(zhì)(如Ficoll)上,離心后不同細(xì)胞層分布在不同介質(zhì)層中,收集目標(biāo)細(xì)胞層。


√ 優(yōu)點(diǎn):分離純度高,適用范圍廣。
× 缺點(diǎn):離心時(shí)間長,對操作技能要求較高。

免疫磁珠分選法
◆原理:利用特異性抗體標(biāo)記目標(biāo)細(xì)胞,通過磁場分離。
◆應(yīng)用:高純度分離特定細(xì)胞亞群(如CD4+ T細(xì)胞、干細(xì)胞)。
◆操作:將細(xì)胞與磁珠標(biāo)記的抗體孵育,通過磁場分離標(biāo)記細(xì)胞,未標(biāo)記細(xì)胞被去除。

√ 優(yōu)點(diǎn):分離純度高,可達(dá)99%以上。
× 缺點(diǎn):設(shè)備昂貴,操作復(fù)雜,成本較高。

流式細(xì)胞術(shù)分選法
◆原理:利用熒光標(biāo)記抗體,通過流式細(xì)胞儀識別并分離目標(biāo)細(xì)胞。
◆應(yīng)用:高精度、高純度分離細(xì)胞亞群(如腫瘤干細(xì)胞、免疫細(xì)胞)。
◆操作:將細(xì)胞與熒光標(biāo)記抗體孵育,通過流式細(xì)胞儀分析并分選目標(biāo)細(xì)胞。

√ 優(yōu)點(diǎn):分離效率高,細(xì)胞活性好、純度高,分析參數(shù)多、數(shù)據(jù)全面。
× 缺點(diǎn):儀器價(jià)格昂貴,操作技術(shù)門檻高,細(xì)胞容易損傷。

專用培養(yǎng)基及相關(guān)因子組合篩選法
◆原理:原代細(xì)胞的培養(yǎng)成功高度依賴于專用培養(yǎng)基和關(guān)鍵生長因子的優(yōu)化組合;不同細(xì)胞類型對營養(yǎng)成分(如葡萄糖、氨基酸)、激素(如胰島素)、細(xì)胞因子(如EGF、bFGF)的需求各異;因此需要系統(tǒng)篩選和優(yōu)化培養(yǎng)體系來模擬目的細(xì)胞體內(nèi)微環(huán)境(如膠原蛋白、層粘連蛋白),促進(jìn)細(xì)胞貼附、增殖或分化。
信號通路調(diào)控生長因子:通過激活特定通路(如EGF→EGFR→MAPK)促進(jìn)增殖或分化;劑量依賴性:低濃度可能無效,高濃度可能誘導(dǎo)異常分化(如TGF-β在腫瘤中的作用)
◆應(yīng)用:廣泛用于原代細(xì)胞篩選。如神經(jīng)元細(xì)胞:添加B27維持神經(jīng)特性;干細(xì)胞:添加bFGF維持干性;腫瘤細(xì)胞:提供高糖和谷氨酰胺支持瓦氏效應(yīng)(Warburg effect);血管內(nèi)皮細(xì)胞:需要包被培養(yǎng)皿,促進(jìn)細(xì)胞貼附、增殖,添加VEGF促進(jìn)血管分化。
◆操作:依據(jù)細(xì)胞增殖分化特性及信號通路需求,選擇合適基礎(chǔ)培養(yǎng)基,添加相關(guān)生長因子,定制專用完*培養(yǎng)基。
√ 優(yōu)點(diǎn):提高細(xì)胞存活率,減少批次變異,適用于臨床級細(xì)胞實(shí)驗(yàn),精準(zhǔn)控制細(xì)胞代謝行為。
× 缺點(diǎn):研發(fā)配制價(jià)格昂貴,測試驗(yàn)證周期長,因子添加劑價(jià)格昂貴。
在實(shí)際操作中,剛分離出的原代細(xì)胞往往純度較低,且雜細(xì)胞種類多;后期接種培養(yǎng)時(shí),需要根據(jù)目的細(xì)胞及雜細(xì)胞的特性和實(shí)時(shí)狀態(tài),運(yùn)用多種純化方法結(jié)合去培養(yǎng)純化,才能達(dá)到高純度、高活性的目的原代細(xì)胞。
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