第四章 細(xì)胞培養(yǎng)與代謝調(diào)控課件

第四章細(xì)胞培養(yǎng)與代謝調(diào)控第四章細(xì)胞培養(yǎng)與代謝調(diào)控一、細(xì)胞培養(yǎng)概述細(xì)胞培養(yǎng)是指從體內(nèi)組織分離細(xì)胞，模擬體內(nèi)環(huán)境，在無(wú)菌、適當(dāng)條件下使其生長(zhǎng)繁殖一種技術(shù)。細(xì)胞培養(yǎng)的對(duì)象是單個(gè)細(xì)胞或細(xì)胞群。細(xì)胞培養(yǎng)影響的環(huán)境因素：營(yíng)養(yǎng)、pH、滲透壓、溶解氧、光照、剪切力等。第四章細(xì)胞培養(yǎng)與代謝調(diào)控1、細(xì)胞培養(yǎng)發(fā)展簡(jiǎn)史及有關(guān)概念

1907年，美國(guó)生物學(xué)家哈里森將蛙胚的神經(jīng)組織培養(yǎng)在淋巴液中，保持存活了幾周，并觀察了神經(jīng)突起的生長(zhǎng)現(xiàn)象。被稱為“細(xì)胞（組織）培養(yǎng)之父”。

Carrel1912年提出無(wú)菌操作技術(shù)，1923年又設(shè)計(jì)了卡氏培養(yǎng)瓶。

現(xiàn)在，細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究中的一項(xiàng)重要的手段。近年來(lái)，細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)在細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)、遺傳學(xué)、藥理學(xué)、免疫學(xué)、老年學(xué)、腫瘤學(xué)和病毒學(xué)以及臨床各學(xué)科領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用，并取得了豐碩成果。第四章細(xì)胞培養(yǎng)與代謝調(diào)控1）細(xì)胞培養(yǎng)（cellculture）

是指將組織取出后，用化學(xué)或物理的方法，將其分散成單個(gè)細(xì)胞在體外條件下進(jìn)行培養(yǎng)。細(xì)胞在培養(yǎng)的過(guò)程中不再形成組織。培養(yǎng)物是單個(gè)細(xì)胞或細(xì)胞群。

從廣義上講，體外(invitro)培養(yǎng)包括所有結(jié)構(gòu)層次的培養(yǎng)，即器官培養(yǎng)、組織培養(yǎng)和細(xì)胞培養(yǎng)。2)組織培養(yǎng)（tissueculture）

指從體內(nèi)取出組織，在體外模擬體內(nèi)生理?xiàng)l件，在無(wú)菌、適當(dāng)溫度和一定營(yíng)養(yǎng)條件下，使之生存和生長(zhǎng)并維持其結(jié)構(gòu)和功能的方法。此時(shí)可能有組織分化并保持組織的結(jié)構(gòu)與功能。培養(yǎng)物是組織碎塊或器官的一部分。第四章細(xì)胞培養(yǎng)與代謝調(diào)控3）器官培養(yǎng)（organculture）

指器官的胚芽、整個(gè)器官在體外條件下的保存或生長(zhǎng)，此時(shí)亦能有器官的分化并保持器官的立體結(jié)構(gòu)和功能。

實(shí)際上，在體外培養(yǎng)時(shí)，無(wú)論采用什么方法和條件，培養(yǎng)的主要成份仍然是細(xì)胞。另外，細(xì)胞培養(yǎng)也并不意味著細(xì)胞彼此是獨(dú)立的，細(xì)胞在培養(yǎng)中的生命活動(dòng)和體內(nèi)細(xì)胞一樣，仍然是相互依存，呈現(xiàn)一定的“組織”特性。所以組織培養(yǎng)和細(xì)胞培養(yǎng)并無(wú)嚴(yán)格區(qū)別，常用作同義語(yǔ)使用。第四章細(xì)胞培養(yǎng)與代謝調(diào)控4）原代培養(yǎng)(primaryculture)

將機(jī)體取出的細(xì)胞或組織進(jìn)行實(shí)效（立即）培養(yǎng)的過(guò)程，又稱初培養(yǎng)。初培養(yǎng)的細(xì)胞大約增殖10代左右，這樣的細(xì)胞稱為原代細(xì)胞。5）傳代培養(yǎng)(passageculture)

指從原代培養(yǎng)的細(xì)胞繼續(xù)轉(zhuǎn)接培養(yǎng)，又稱繼代培養(yǎng)。第四章細(xì)胞培養(yǎng)與代謝調(diào)控6）細(xì)胞系（cellline）

由原代培養(yǎng)產(chǎn)生的能進(jìn)行無(wú)限次傳代培養(yǎng)的細(xì)胞群即成細(xì)胞系。此時(shí)細(xì)胞發(fā)生了遺傳突變，染色體呈亞二倍體或非整倍體，失去接觸抑制特性。

目前常用的細(xì)胞系有：3T3（小鼠胚胎成纖維細(xì)胞）；CHO（正常中國(guó)倉(cāng)鼠卵巢細(xì)胞）；L（小鼠腫瘤細(xì)胞）；BHK（敘利亞倉(cāng)鼠腎）；Hela（人宮頸癌細(xì)胞)7）細(xì)胞株（cellstrain）

原代培養(yǎng)細(xì)胞能順利傳代，且保持原來(lái)染色體的二倍體數(shù)量和接觸抑制行為，把這種傳代細(xì)胞稱為細(xì)胞株。8）克?。╟lone）

又稱無(wú)性繁殖系或無(wú)性系，指由一個(gè)細(xì)胞或共同祖先通過(guò)有絲分裂所產(chǎn)生的遺傳特性一致的細(xì)胞群或生物群，亦指DNA片段群第四章細(xì)胞培養(yǎng)與代謝調(diào)控二、細(xì)胞培養(yǎng)的操作方式根據(jù)細(xì)胞培養(yǎng)時(shí)營(yíng)養(yǎng)成分添加以及培養(yǎng)液與細(xì)胞收集方式的不同，細(xì)胞培養(yǎng)有：分批式、流加式、半連續(xù)式、連續(xù)式和灌流式5種操作方式。第四章細(xì)胞培養(yǎng)與代謝調(diào)控1、分批式培養(yǎng)分批培養(yǎng)是指細(xì)胞和培養(yǎng)基一次性加入到培養(yǎng)容器或生物反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行培養(yǎng)，在培養(yǎng)過(guò)程中培養(yǎng)液體積不變，不添加營(yíng)養(yǎng)成分，待細(xì)胞增長(zhǎng)和產(chǎn)物積累到適當(dāng)時(shí)間，一次性收獲細(xì)胞、產(chǎn)物和培養(yǎng)液的方法。特點(diǎn)：（1）操作簡(jiǎn)單，培養(yǎng)周期短。（2）直觀反映細(xì)胞生長(zhǎng)代謝過(guò)程。（3）可直接放大。缺點(diǎn)：不能控制底物濃度、細(xì)胞容易老化、生長(zhǎng)周期短、效率低等第四章細(xì)胞培養(yǎng)與代謝調(diào)控2、流加式培養(yǎng)分批培養(yǎng)是指在分批培養(yǎng)過(guò)程中，間歇或連續(xù)地不加一種或多種營(yíng)養(yǎng)成分的培養(yǎng)方法。與分批培養(yǎng)相比，其具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）可根據(jù)細(xì)胞生長(zhǎng)速率、營(yíng)養(yǎng)消耗情況，保證合理、充足的營(yíng)養(yǎng)。（2）可以減少產(chǎn)物反饋抑制，排除有害代謝產(chǎn)物積累帶來(lái)的細(xì)胞損傷。細(xì)胞不易老化。（3）可以避免在分批培養(yǎng)終因一次投料過(guò)多造成的底物抑制等影響，改善培養(yǎng)液流體學(xué)性質(zhì)。（4）可以延長(zhǎng)指數(shù)生長(zhǎng)期，從而提高細(xì)胞密度，延長(zhǎng)細(xì)胞培養(yǎng)周期。產(chǎn)物濃度較高，又能實(shí)現(xiàn)連續(xù)收獲。單一補(bǔ)料，反復(fù)補(bǔ)料。第四章細(xì)胞培養(yǎng)與代謝調(diào)控3、半連續(xù)式培養(yǎng)半連續(xù)式培養(yǎng)又稱重復(fù)分批式培養(yǎng)或換液培養(yǎng)在細(xì)胞增長(zhǎng)和產(chǎn)物形成過(guò)程中，每隔一段時(shí)間從中取出部分培養(yǎng)液或者細(xì)胞，剩余的細(xì)胞作為種子，再用新的培養(yǎng)液補(bǔ)足到原體積，是反應(yīng)期內(nèi)的總體積不變。每次稀釋培養(yǎng)體積的1/2~3/4。特點(diǎn)：（1）細(xì)胞可持續(xù)指數(shù)生長(zhǎng)，并可保持產(chǎn)物和細(xì)胞在一較高的濃度水平，培養(yǎng)過(guò)程可延續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間。（2）可進(jìn)行多次收獲。（3）操作簡(jiǎn)便，生產(chǎn)效率高。

第四章細(xì)胞培養(yǎng)與代謝調(diào)控4、連續(xù)式培養(yǎng)連續(xù)式培養(yǎng)是在細(xì)胞達(dá)最大濃度以前，以一定速度向反應(yīng)器連續(xù)添加新鮮培養(yǎng)液，同時(shí)含有細(xì)胞的培養(yǎng)液以相同速度連續(xù)從反應(yīng)器流出，以保持培養(yǎng)體積恒定的培養(yǎng)方式。特點(diǎn)：（1）細(xì)胞能在恒定狀態(tài)下生長(zhǎng)，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃度、產(chǎn)物濃度、pH基本卡保持恒定細(xì)胞濃度以及生長(zhǎng)速率可基本維持不變，細(xì)胞維持持續(xù)指數(shù)生長(zhǎng)。（2）穩(wěn)定狀態(tài)可有效地延長(zhǎng)分批培養(yǎng)中的對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期。

第四章細(xì)胞培養(yǎng)與代謝調(diào)控5、灌流式培養(yǎng)灌流式培養(yǎng)是指把細(xì)胞和培養(yǎng)基一起加入生物反應(yīng)器后，在細(xì)胞增長(zhǎng)和產(chǎn)物形成過(guò)程中，不斷地取出部分培養(yǎng)液，同時(shí)又連續(xù)不斷地補(bǔ)充新的培養(yǎng)液。與連續(xù)式操作的不知處在于取出培養(yǎng)液時(shí)，細(xì)胞均保留在生物反應(yīng)器內(nèi)。特點(diǎn)：（1）細(xì)胞截留系統(tǒng)可使細(xì)胞保留在生物反應(yīng)器內(nèi)，維持較高的細(xì)胞濃度。（2）能使細(xì)胞處在較穩(wěn)定的營(yíng)養(yǎng)環(huán)境中，有害代謝廢物濃度積累較低。（3）反應(yīng)速率容易控制，培養(yǎng)周期長(zhǎng)，可提高生產(chǎn)效率，目標(biāo)產(chǎn)品回收率高。（4）產(chǎn)品在反應(yīng)器內(nèi)停留時(shí)間短，可及時(shí)回收，有利于保護(hù)產(chǎn)品的活性。第四章細(xì)胞培養(yǎng)與代謝調(diào)控三、細(xì)胞培養(yǎng)動(dòng)力學(xué)細(xì)胞培養(yǎng)動(dòng)力學(xué)是研究細(xì)胞生長(zhǎng)