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培养细胞时,细胞生长遵循标准模式。接种后会有一段停滞期,随后是指数生长阶段(称为对数期)。 当贴壁培养的细胞占满了所有可用的基质并且没有空间继续扩展,或者当悬浮培养的细胞超过了培养基支持进一步生长的能力时,细胞增殖会大幅减少或完全停止(参见下图 4.1)。当细胞覆盖培养皿或细胞密度超过培养基的承载能力时,应该对细胞进行传代或亚培养。这能让细胞保持在最佳密度以促进持续生长,并刺激进一步的增殖。维持对数生长期的增长将尽可能增加实验的健康细胞数量。
![]() | 图 4.1: 培养细胞生长模式的特征。 半对数图形显示了细胞培养密度对培养时间的关系。 培养基中的细胞通常以标准生长模式增殖。 细胞培养接种后的第一个生长阶段是停滞期,这是细胞缓慢生长的时期,此时细胞正在适应培养环境并为快速生长做准备。 停滞期之后是对数生长期(即“对数”期),这是一个细胞呈指数增殖并消耗培养基中营养物质的时期。 当所有的培养基都被耗尽(即一种或多种营养物质已被耗尽)或者当细胞占满了所有可用的基质时,细胞就会进入静止期(即平台期),在此阶段,细胞的增殖会大大减少或完全停止。 |
在贴壁培养和悬浮培养中,确定是否需要进行传代培养的标准类似;然而,哺乳动物细胞系和昆虫细胞系之间存在一些差异。
细胞系 | 细胞密度 | 培养基耗尽 |
---|---|---|
哺乳动物细胞 | 贴壁培养的细胞应在到达汇合点之前的对数生长期进行传代。 正常细胞在到达汇合点(接触抑制)时会停止生长,而且在重新接种后需要更长的时间才能恢复生长。 转化细胞即使在到达汇合点后仍能继续增殖,但通常在约两次倍增后会开始退化。同样,悬浮细胞应在对数生长期,在它们达到汇合状态之前进行传代。 达到汇合状态时,悬浮细胞会聚集成团块,涡旋培养瓶时,培养基会变得浑浊。 | 生长培养基 pH 值下降通常表明乳酸积聚,乳酸是细胞代谢的副产物。乳酸对细胞有毒性,低 pH 值对细胞培养并非最优的环境。pH 值的变化速率通常取决于培养物中的细胞浓度,高细胞浓度下的细胞比低细胞浓度下的细胞会更快耗尽培养基。 如果观察到随着细胞浓度的增加,pH 值快速下降(>0.1 – 0.2 pH 单位),则应进行细胞传代。 |
昆虫细胞 | 昆虫细胞应在达到汇合状态之前的对数生长期进行传代。 虽然紧密贴壁的昆虫细胞可以在汇合状态下进行传代,这有助于更容易地从培养容器中分离,但反复在超过汇合密度的情况下传代的昆虫细胞会表现出增殖时间延长、存活率下降以及附着能力减弱的现象。 另一方面,如果在昆虫细胞达到汇合状态之前进行传代,则需要更大的机械力才能将它们从单层细胞中分离出来。当反复在未达到汇合状态之前进行传代时,这些细胞也会表现出增殖时间延长、存活率下降,并被认为处于不健康的状态。 | 通常在比哺乳动物细胞使用的培养基酸性更强的环境中培养昆虫细胞。 例如,用于培养 Sf9 细胞的 TNM-FH 和 Grace 培养基的 pH 为 6.2。 与哺乳动物细胞培养不同,昆虫细胞生长时 pH 值会逐渐升高,但通常不会超过 pH 6.4。 然而,与哺乳动物细胞一样,当昆虫细胞达到更高密度时,生长培养基的 pH 值将开始下降。 |
在进行细胞传代时,严格遵守时间表可以确保细胞行为的可重复性,并便于监测细胞的健康状况。 调整细胞接种密度,直到实现与细胞类型相匹配的稳定生长速率和适当的产量。 偏离已建立的生长模式通常表明细胞培养不健康(例如,退化、污染)或培养系统的某个组件未正常工作(例如,温度不适宜、培养基过期)。 我们强烈建议您保持详细的细胞培养记录,列出补料和传代的时间表、使用的培养基类型、采用的解离程序、分瓶比例、形态学观察、接种密度、产量以及任何抗生素的使用情况。
最好根据传代培养时间表来进行实验和其他非常规操作(例如,更换培养基类型)。 如果您的实验时间表与常规的传代培养时间表不一致,务必确保不要在细胞仍处于滞后期或已经达到汇合状态并停止生长时进行传代。
许多连续培养的哺乳动物细胞系可以在相对简单的培养基中维持生长,例如添加血清的 MEM,而且在 MEM 中培养的细胞很可能也可以很容易地在 DMEM 或 Medium 199 中生长。 但是,当表达特异功能时就可能需要更复杂的培养基。 有关针对给定细胞类型选择适当培养基的信息通常可在已发表的文献中获得也可从细胞来源处或细胞库中获得。
如果关于您使用的细胞类型没有可用的适当培养基信息,可以根据经验选择培养基和血清,或者测试几种不同的培养基以获得最佳结果。 通常,贴壁细胞培养最好从 MEM 培养基开始,悬浮细胞培养最好从 RPMI-1640 培养基开始
通常在比哺乳动物细胞使用的培养基酸性更强的环境中培养昆虫细胞,如 TNM-FH 和 Grace 培养基。
贴壁细胞传代培养的第一步是通过酶解或机械方法将细胞从培养容器的表面分离下来。 下表列出了各种细胞解离程序。
流程 | 解离剂 | 应用 |
---|---|---|
摇晃 | 轻轻震动或者摇动培养皿,或者用移液器充分搅拌。 | 松散贴壁的细胞,有丝分裂的细胞 |
刮取 | 细胞刮刀 | 对蛋白酶敏感的细胞株;可能损伤部分细胞 |
酶解离 | 胰蛋白酶 | 强贴壁细胞 |
酶解离 | 胰蛋白酶 + 胶原酶 | 高密度培养时,培养层形成多层的结构,尤其是成纤维细胞 |
酶解离 | 分散酶 | 从培养皿表面完整地分离出汇合的表皮细胞而不使细胞解离。 |
酶解离 | Gibco ™ TrypLE ™ 解离酶 | 强贴壁细胞;胰蛋白酶的直接替代品;需要非动物源性试剂的应用 |
Gibco TrypLE Express 和 TrypLE Select 是微生物生产的细胞解离酶,其动力学和切割特异性与胰蛋白酶相似。 尽管 GIBCO ™ TrypLE ™ 酶可在解离过程中直接替代胰蛋白酶,无需更改方案,但我们建议您首先优化解离的孵育时间。 由于 TrypLE 酶是重组真菌胰蛋白酶样蛋白酶,因此非常适合需要非动物源性试剂的应用。 下表将 TrypLE Express 和 TrypLE Select 与胰蛋白酶进行了比较。
TrypLE Express 和 TrypLE Select | 胰蛋白酶 |
---|---|
完全非动物和人类来源的衍生组分 | 猪源或牛源 |
在室温条件下稳定保存六个月以上 | 在室温下不稳定 |
不需要灭活处理 | 需要用血清或其他抑制剂灭活 |
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