第2章第2节考点一动物细胞培养

同学们好！今天我们学习第2章第2节
动物细胞工程。本节包括四个考点。
动物细胞工程常用的技术包括动物细胞培养、动物细胞融合和动物细胞核移植等，其中动物细胞培养是动物细胞工程的基础。
考点一：动物细胞培养。
人造皮肤的构建、动物分泌蛋白的规模化生产等，都离不开动物细胞培养。
一、动物细胞培养的概念。动物细胞培养是指从动物体中取出相关的组织，将它分散成单个细胞，然后在适宜的培养条件下，让这些细胞生长和增殖的技术。那么，动物细胞培养需要哪些必要的条件？培养的过程又是怎样的呢？
二、动物细胞培养的条件。
我们知道，动物体内的细胞之所以能够维持正常的生命活动，有些细胞还能不断增殖，是因为机体给这些细胞提供了适宜的条件，包括充足的营养、稳定的内环境等。在体外培养动物细胞，也需要满足类似的条件。
一般来说，动物细胞培养需要满足以下基本条件。糖类、氨基酸、无机盐、维生素等营养条件；以及无菌、无毒的环境、适宜的温度、 pH 和渗透压、适宜的气体环境。
1、营养。细胞在体外培养时，培养基中应含有细胞所需要的各种营养物质。将细胞所需的营养物质按种类和所需量严格配制而成的培养基，称为合成培养基。由于人们对细胞所需的营养物质尚未全部研究清楚，因此在使用合成培养基时，通常需要加入血清等一些天然成分。培养动物细胞一般使用液体培养基，也称为培养液。
2、无菌、无毒的环境。在体外培养细胞时，必须保证环境是无菌、无毒的，即需要对培养液和所有培养用具进行灭菌处理以及在无菌环境下进行操作。培养液还需要定期更换，以便清除代谢物，防止细胞代谢物积累对细胞自身造成危害。
3、温度、 pH 和渗透压。维持细胞生存必须有适宜的温度。哺乳动物细胞培养的温度多以36.5±0.5℃为宜。多数动物细胞生存的适宜 pH 为7.2~7.4。此外，渗透压也是动物细胞培养过程中需要考虑的一个重要环境参数。
4、气体环境。动物细胞培养所需气体主要有氧气和二氧化碳。氧气是细胞代谢所必需的，二氧化碳的主要作用是维持培养液的 pH 。在进行细胞培养时，通常采用培养皿或松盖培养瓶，并将它们置于含有95％空气和5%二氧化碳的混合气体的二氧化碳培养箱中进行培养。
三、动物细胞培养的过程。
1、对取材的处理。在从动物体取出的成块组织中，细胞与细胞靠在一起，彼此限制了生长和增殖。因此，在进行细胞培养时，首先要对新鲜取材的动物组织进行处理，或用机械的方法，或用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理一段时间，将组织分散成单个细胞。然后，用培养液将细胞制成细胞悬液，再将细胞悬液放入培养皿或培养瓶内，置于适宜环境中培养。
2、体外培养的动物细胞类型。体外培养的动物细胞可以分为两大类：一类细胞能够悬浮在培养液中生长增殖；另一类则需要贴附于某些基质表面才能生长增殖，大多数细胞属于这种类型，这类细胞往往贴附在培养瓶的瓶壁上，这种现象称为细胞贴壁。
3、体外培养动物细胞分裂受阻的原因。悬浮培养的细胞会因细胞密度过大、有害代谢物积累和培养液中营养物质缺乏等因素而分裂受阻。贴壁细胞在生长增殖时，除受上述因素的影响外，还会发生接触抑制现象。即贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时，细胞通常会停止分裂增殖。
4、体外培养细胞的过程。
当体外培养的细胞分裂受阻，这时就需要对细胞进行分瓶培养，让细胞继续增殖。人们通常将分瓶之前的细胞培养，即动物组织经处理后的初次培养称为原代培养，将分瓶后的细胞培养称为传代培养。在进行传代培养时，悬浮培养的细胞直接用离心法收集；贴壁细胞需要重新用胰蛋白酶等处理，使之分散成单个细胞，然后再用离心法收集。之后，将收集的细胞制成细胞悬液，分瓶培养。
5、有关动物细胞培养的问题。
幼龄动物的细胞与老龄动物的细胞比较，分化程度低的细胞与分化程度高的细胞比较，哪些细胞更易于培养？为什么？
细胞的增殖能力与供体的年龄有关，幼龄动物的细胞增殖能力强，有丝分裂旺盛，老龄动物的细胞则相反。所以，一般来说，幼龄动物的细胞比老龄动物的细胞易于培养。同样，分化程度越低的细胞，增殖能力越强，所以更容易培养。
四、干细胞培养及其应用。
干细胞的培养成功是动物细胞培养领域重大的成就之一，干细胞的应用前景吸引着众多科学家投入到相关研究中。在一定条件下，干细胞可以分化成其他类型的细胞。干细胞存在于早期胚胎、骨髓和脐带血等多种组织和器官中，包括胚胎干细胞和成体干细胞等。
1、胚胎干细胞（简称E S细胞）。存在于早期胚胎中，具有分化为成年动物体内的任何一种类型的细胞，并进一步形成机体的所有组织和器官甚至个体的潜能。自1981年科学家首次分离得到小鼠的 E S 细胞后，目前科学家已经分离了兔、牛、猴和人等的 E S 细胞，并证明了 E S 细胞可以在体外分化成心肌细胞、神经元和造血干细胞等细胞。
2、成体干细胞。成体干细胞是成体组织或器官内的干细胞，包括骨髓中的造血干细胞、神经系统中的神经干细胞和睾丸中的精原干细胞等。一般认为，成体干细胞具有组织特异性，只能分化成特定的细胞或组织，不具有发育成完整个体的能力。造血干细胞是发现最早、研究最多、应用也最为成熟的一类成体干细胞，主要存在于成体的骨髓、外周血和脐带血中。
3、干细胞的应用。有着自我更新能力及分化潜能的干细胞，与组织、器官的发育、再生和修复等密切相关，因而在医学上有着广泛的应用。例如，将正常的造血干细胞移植到病人体内，恢复病人的造血和免疫功能，已成为治疗白血病及一些恶性肿瘤放疗或化疗后引起的造血系统、免疫系统功能障碍等疾病的一种重要手段；神经干细胞在治疗神经组织损伤和神经系统退行性疾病（如帕金森病、阿尔茨海默病等）方面有重要的应用价值。
胚胎干细胞必须从胚胎中获取，这涉及伦理问题，因而限制了它在医学上的应用。2006年，科学家通过体外诱导小鼠成纤维细胞，获得了类似胚胎干细胞的一种细胞，将它称为诱导多能干细胞（ 简称 i P S 细胞），并用 i P S 细胞治疗了小鼠的镰状细胞贫血。现在，用 i P S 细胞治疗阿尔茨海默病、心血管疾病等领域的研究也取得了新进展。因为诱导过程无需破坏胚胎，而且 i P S 细胞可以来源于病人自身的体细胞，将它移植回病人体内后，理论上可以避免免疫排斥反应，所以科学家普遍认为
i P S 细胞的应用前景优于胚胎干细胞。干细胞的研究正在如火如荼地开展。虽然将干细胞用于临床治疗还面临一些问题，如存在导致肿瘤发生的风险，但是我们相信，随着理论和技术的不断完善，干细胞将在再生医学、药物安全性与有效性检测等领域发挥大作用。以上是考点一的内容。欢迎留言。