養細胞的生長和增殖過程
體內細胞生長在動態平衡環境中
,而組織培養細胞的生存環境是培養瓶
、皿或其它容器
,生存空間和營養是有限的
。當細胞增殖達到一定密度後
,則需要分離出一部分細胞和更新營養液
,否則將影響細胞的繼續生存
,這一過程叫傳代(Passage或Subculture)
。每次傳代以後
,細胞的生長和增殖過程都會受一定的影響
。另外
,很多細胞特別是正常細胞
,在體外的生存也不是無限的
,存在著一個發展過程
。所有這一切
,使組織細胞在培養中有著一係列與體內不同的生存特點
。
(一)培養細胞生命期(Life Span of Culture Cells)
所謂培養細胞生命期
,是指細胞在培養中持續增殖和生長的時間
。體內組織細胞的生存期與完整機體的死亡衰老基本相一致
。組織和細胞在培養中生命期如何
?這要看細胞的種類
、性狀和原供體的年齡等情況
。人胚二倍體成纖維細胞培養
,在不凍存和反複傳代條件下
,可傳30~50代
,相當於150~300個細胞增殖周期
,能維待一年左右的生存時間
,最後衰老凋亡(Apoptosis)
。如供體為成體或衰老個體
,則生存時間較短
;如培養的為其它細胞如肝細胞或腎細胞,生存時間更短
,僅能傳幾代或十幾代
。隻有當細胞發生遺傳性改變
,如獲永生性或惡性轉化時
,細胞的生存期才可能發生改變
。對此以後將詳述
。
正常細胞培養時
,不論細胞的種類和供體的年齡如何
,在細胞全生存過程中
,大致都經曆以下三個階段
:
1.原代培養(Primary Culture)期
:
也稱初代培養
,即從體內取出組織接種培養到第一次傳代階段
,一般持續1一4周
。此期細胞呈活躍的移動
,可見細胞分裂
,但不旺盛。初代培養細胞與體內原組織在形態結構和功能活動上相似性大
。細胞群是異質的(Heterogeneous)
,也即各細胞的遺傳性狀互不相同
,細胞相互依存性強
。如把這種細胞群稀釋分散成單細胞
,在軟瓊脂培養基中進行培養時
,細胞克隆形成率(Cloning Efficiency)很低
,即細胞獨立生存性差
。克隆形成率即細胞群被稀釋分散成單個細胞進行培養時
,形成細胞小群(克隆)的百分數
。初代培養細胞多呈二倍體核型
;由於原代培養細胞和體內細胞性狀相似性大
,是檢測藥物很好的實驗對象
。
2.傳代期
:
初代培養細胞一經傳代後便改稱做細胞係(Cell Line)
。在全生命期中此期的持續時間最長
。在培養條件較好情況下
,細胞增殖旺盛
,並能維持二倍體核型
,呈二倍體核型的細胞稱二倍體細胞係(Diploid Cell Line)
。為保持二倍體細胞性質
,細胞應在初代培養期或傳代後早期凍存
。當前世界上常用細胞均在不出十代內凍存
。如不凍存
,則需反複傳代以維持細胞的適宜密度
,以利於生存
。但這樣就有可能導致細胞失掉二倍體性質或發生轉化
。一般情況下當傳代10~50次左右,細胞增殖逐漸緩慢,以至完全停止
,細胞進入第三期
。
3.衰退期
:
此期細胞仍然生存
,但增殖很慢或不增殖
;細胞形態輪廓增強
,最後衰退凋亡
。在細胞生命期階段
,少數情況下
,在以上三期任何一點(多發生在傳代末或衰退期)
,由於某種因素的影響
,細胞可能發生自發轉化(Spontaneous Transformation)
。轉化的標誌之一是細胞可能獲得永生性(Immortality)或惡性性(Malignancy)
。細胞永生性也稱不死性
,即細胞獲持久性增殖能力
,這樣的細胞群體稱無限細胞係(Infinite Cell Line)
,也稱連續細胞係(Continuous Cell Line)
。在早期文獻中無限細胞係也稱已建立細胞係(Established Cell Line)
,現已不用
。無限細胞係的形成主要發生在第二期末
,或第三期初階段
。細胞獲不死性後
,核型大多變成異倍體(Heteroploid)
。細胞轉化亦可用人工方法誘發
,轉化後的細胞也可能具有惡性性質
。細胞永生性和惡性性非同一性狀
。