第二节　细胞培养的特点与应用

一、细胞培养的特点

细胞或组织培养具有很多优越性，但也存在一定的局限性，因此对之应有全面的认识。

细胞培养的主要优点如下：

（1）研究的对象是活的细胞　这是组织或细胞培养最重要的优点。在实验过程中，根据要求可始终保持细胞的活力，并可长时期地监控、检测，甚至定量评估一部分活细胞的情况，包括其形态、结构和生命活动等。

（2）研究的条件可以人为地控制　进行体外的细胞培养实验时，可以根据需要，控制包括pH、温度、O2浓度、CO2浓度等物理化学条件，并且可以做到很精确以及保持其相对的恒定。同时，可以施加化学、物理、生物等因素作为实验条件，这些因素同样可以处于严格控制之下。

（3）研究的样本，可以达到较高的均一性　取自一般的组织样本，其构成的细胞类型含有多种，即使是来源于同一组织，也不能做到均一性。但是，通过细胞培养一定的代数后，所得到的细胞系则可以达到均一性而属同一类型的细胞，需要时，还可采用克隆化等方法使细胞达到纯化。

（4）研究的内容便于观察、检测和记录　体外培养的细胞可采用各种技术和方法来观察、检测和记录，充分地满足实验的要求，如：通过倒置相差显微镜、视频终端等直接观察活的细胞；电子显微镜分析细胞的超微结构；同位素标记、放射免疫等方法检测细胞内物质的合成、代谢的变化等。

（5）研究的范围比较广泛　多种学科均可利用细胞培养进行研究。如细胞学、免疫学、肿瘤学、生化学、遗传学、分子生物学等。可供实验的组织来源众多，包括各种动物的各类组织，如可以是啮齿类动物或哺乳类动物、可以是动物的胚胎或成体、可以是正常组织或肿瘤组织等。

（6）研究的费用相对较低　由于细胞培养有可能大量提供在同一时期条件相同、性状相似的实验样本，因此有时可比体内实验经济得多。例如，一个需要100只小鼠才能得出结论的实验可以用100片盖玻片或几个多孔培养板就获得具有相同统计学意义的结果。

缺点：尽管培养技术不断发展，并努力创造条件以模拟动物体内状况，但是体外培养的组织或细胞与体内类似组织细胞仍然存在差异。可以说，任何组织或细胞置于体外培养后，培养细胞失去体内细胞的制约和整体调节作用，其细胞形态和功能都会发生一定程度的改变。因此，对于体外培养的细胞，应该把他们视作一种既保持动物体内原细胞一定的性状、结构和功能又具有某些改变的特定的细胞群体，而不能将之与体内的细胞完全等同。这一点，在进行研究、分析时应予注意。另外，细胞培养存在一定的不稳定性也是其缺点之一。体外培养的细胞，尤其是反复传代、长期培养的，有可能发生染色体非二倍体改变等情况。

二、细胞培养技术的应用研究

1.在病毒学中的应用

培养的细胞为病毒的增殖提供了场所。细胞是分离病毒的基质，体外培养细胞环境无抗体及非特异拮抗物质的影响，而且病毒适应细胞的敏感性较体内细胞高。可采用离心感染法或提取病毒核酸进行感染，并以细胞打孔器协助感染扩大病毒感染的宿主范围，使病毒感染指标容易观察，光学显微镜下就可见到包涵体、细胞融合等现象，同时也便于用分子病毒学技术进行检测。细胞培养技术在研究各种病毒的感染机制方面起到了非常重要的作用。如对乙肝病毒（HBV）的研究方面就与细胞培养的应用密不可分。HBV感染可引发急、慢性病毒性肝炎，还与肝硬化、肝细胞癌的发生和发展有密切关系。肝源细胞体外模型对研究HBV生物学特性，HBV的致病机制，HBV基因组的复制、表达和调控，体外抗病毒药物的筛选发挥了重要作用，大大促进了对HBV的研究。通过细胞培养技术，可了解猪轮状病毒的培养特性，建立其分离方法以及FQ-PCR检测方法，为研发诊断试剂盒和疫苗奠定基础。使用细胞培养研究鱼类病毒可以减少隐性感染概率和个体差异引起的误差，使试验结果更加准确迅速，可建立细胞株（系）分离和鉴定鱼类病毒，进行生物学、病理学和流行病学研究，具有非常重要的意义。

2.在肿瘤学中的应用

肿瘤是机体在致癌因子的作用下，组织中的细胞失去对其生长的正常调控，导致其异常增生而形成的新生物。目前对于各种癌症还没有有效的药物来治疗，肿瘤研究的首要任务是明确致癌机制。细胞培养技术使研究人员能够清楚地认识正常细胞、癌前病变细胞、生命有限的肿瘤细胞以及完全转化或永生化的肿瘤细胞的生物学特征，这些逐级进化的细胞是体外研究多阶段致癌机制的基础。体外血管模型主要研究血管的生理和病理以及药物的作用，根据培养方式不同可以分为二维和三维血管。徐燕等利用抗结合的原理CD31抗体免疫磁珠与内皮细胞特异性分离获得了高纯度可传代并具有体外二维管腔样结构形成特性的ODMCs，建立起简便快速的卵巢癌微血管内皮细胞体外培养体系，为后续研究卵巢癌抗血管生成提供了良好的试验材料。马晓雯等建立一种有效培养人肺腺癌A549 Sphere细胞的方法，并在A549 Sphere细胞中初步证明了人肺腺癌中可能存在肿瘤干细胞，这些Sphere细胞可富集干细胞样细胞，抗化疗药物的能力也增强。不仅为分离A549细胞中的肿瘤干细胞提供一种可能的有效途径，也为理解临床肺腺癌治疗的耐药性提供了新思路。

3.在药理学中的应用

细胞培养在药理学中的应用比较广泛。通过培养细胞的生长曲线可计算细胞增长的绝对指数，从而可以直观地了解细胞生长与死亡的动态变化，一般用于检测各种药物对细胞生长的影响。利用培养细胞的放射自显技术，研究细胞的物质代谢、动态变化和细胞周期等，对于药物作用机制的研究有重要作用。细胞培养可用于抗动脉粥样硬化、治疗糖尿病等药物的研究等。目前，体外培养活的心肌细胞已经广泛应用于药理学方面的研究。此方法通过对心肌细胞的培养，可以观察各种药物对其直接作用和对活细胞影响的动态过程，深入研究药物对心肌细胞的离子转运的影响，建立各种心肌细胞损伤模型，利于探讨药物的作用机制。此外，还具有简便、准确、快捷、节约动物和药品等特点，可大幅提高研究效率。阳海鹰等利用试验建立的新生小鼠心肌细胞体外培养方法，结果表明，单细胞收获率和心肌细胞纯度高，心肌细胞搏动时间长；并应用此细胞模型观察了镰刀菌毒素丁烯酸内酯（BUT）对心肌的毒性作用，证明具有结果稳定、重复性好等优点。这不仅为毒理学，还为药理学研究提供了一个较好的实验模型。

4.在动物生产中的应用

细胞培养作为细胞生物学乃至生物学研究的重要技术，在生物领域中占有重要地位。动物组织（细胞）培养开始于20世纪初，发展至今已成为生物、医学研究及应用广泛采用的技术方法，目前这项技术也广泛应用于动物生产的研究。球虫是一类寄生于鸡等动物肠道上皮细胞的一种原虫，广泛分布于世界各地，是目前危害养鸡业的重要疾病之一。而细胞培养为球虫研究提供洁净无污染的环境，为研究抗球虫药物的作用机制、活性以及球虫的发育、行为、结构、免疫、遗传、细胞化学和生物化学等方面提供更有效的研究工具。在鱼类方面，利用细胞克隆技术可以培育出新品种，还可以通过细胞培养技术进行鱼类病毒的分离、鉴定和增殖。Nicolajsen等证明，虹彩病毒在BF-2、EPC、CHSE-214、RTG-2、FHM 5种细胞系均有较好的繁殖，这为研究宿主和病原之间的机理提供了帮助。郑凯等通过获得较高纯度的牦牛子宫肉阜上皮细胞并进行培养，可为牦牛胎儿与母体之间的相互调控及物质运输提供简捷的研究平台。

5.在其它方面的应用

细胞培养技术可用于有毒物质毒性机理的研究。可利用体外培养动物细胞来研究氟化物的毒性机制。法国巴斯德研究所和美国西奈山医学中心就在哺乳动物细胞中成功表达了乙肝表面抗原。我国也成功研制了由中国仓鼠卵巢细胞（CHO）细胞系表达的基因工程乙肝疫苗。