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        生物知識

        腫瘤細胞培養(yǎng)

        作者:admin 來源:網(wǎng)絡 發(fā)布時間: 2014-04-09 20:45  瀏覽次數(shù):
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        腫瘤細胞在組織培養(yǎng)中占有核心的位置,首先癌細胞是比較容易培養(yǎng)的細胞。當前建立的細胞系中癌細胞系是最多的。另外腫瘤對人類是威脅最大的疾病。腫瘤細胞培養(yǎng)是研究癌變機理、抗癌藥檢測、癌分子生物學極其重要的手段。腫瘤細胞培養(yǎng)對闡明和解決癌癥將起著不可估量的作用。
        一、組織培養(yǎng)腫瘤細胞生物學特性
        腫瘤細胞與體內(nèi)正常細胞相比,不論在體內(nèi)或在體外,在形態(tài)、生長增值、遺傳性狀等方面都有顯著的不同。生長在體內(nèi)的腫瘤細胞和在體外培養(yǎng)的腫瘤細胞,其差異較小,但也并非完全相同。培養(yǎng)中的腫瘤細胞具以下突出特點:
        (-)形態(tài)和性狀
        培養(yǎng)中癌細胞無光學顯微鏡下特異形態(tài),大多數(shù)腫瘤細胞鏡下觀察比二倍體細胞清晰,核膜、核仁輪廓明顯,核糖體顆粒豐富。電鏡觀察癌細胞表面的微絨毛多而細密,微絲走行不如正常細胞規(guī)則,可能與腫瘤細胞具有不定向運動和錨著不依賴性有關。
        (二)生長增殖
        腫瘤細胞在體內(nèi)具有不受控增殖性,在體外培養(yǎng)中仍如此。正常二倍體細胞在體外培養(yǎng)中不加血清不能增殖,是因血清中含有很細胞增殖生長的因子,而癌細胞在低血清中(2%~5%)仍能生長。已證明腫瘤細胞有自泌或內(nèi)泌性產(chǎn)生促增殖因子能力。正常細胞發(fā)生轉(zhuǎn)化后,出現(xiàn)能在低血清培養(yǎng)基中生長的現(xiàn)象,已成為檢測細胞惡變的一個指標。癌細胞或培養(yǎng)中發(fā)生惡性轉(zhuǎn)化后的單個細胞培養(yǎng)時,形成集落(克隆)的能力比正常細胞強。另外癌細胞增殖數(shù)量增多擴展時,接觸抑制消除,細胞能相互重疊向三維空間發(fā)展,形成堆積物。
        (三)永生性
        永生性也稱不死性。在體外培養(yǎng)中表現(xiàn)為細胞可無限傳代而不凋亡(Apoptosis)。體外培養(yǎng)中的腫瘤細胞系或細胞株都表現(xiàn)有這種性狀,體內(nèi)腫瘤細胞是否如此尚無直接證明。因惡性腫瘤終將殺死宿主并同歸于盡,從而難以證明這一性狀的存在。體外腫癌細胞的永生性是否能反證它在體內(nèi)時同樣如此?也尚難肯定。從近年建立細胞系或株的過程說明,如果永生性是體內(nèi)腫瘤細胞所固有的,腫瘤細胞應易于培養(yǎng)。事實上,多數(shù)腫瘤細胞初代培養(yǎng)時并不那么容易。生長增殖并不旺盛;經(jīng)過純化成單一化瘤細胞后,也大多增殖若干代后,便出現(xiàn)類似二倍體細胞培養(yǎng)中的停滯期。過此階段后才獲得永生性,順利傳代生長下去。從而說明體外腫瘤細胞的永生性有可能是體外培養(yǎng)后獲得的。從一些具有永生性而無惡性性的細胞系,如NIH3T3、Rat-1、10T1/2等細胞證明,永生性和惡性(包括浸潤性)是兩種性狀,受不同基因調(diào)控,但卻有相關性。可能永生性是細胞惡變的階段。至少在體外是如此。
        (四)浸潤性
        浸潤性是腫瘤細胞擴張性增殖行為,培養(yǎng)癌細胞仍持有這種性狀。在與正常組織混合培養(yǎng)時,能浸潤入其它組織細胞中,并有穿透人工隔膜生長的能力。
        (五)異質(zhì)性
        所有腫瘤都是由有增殖能力、遺傳性、起源、周期狀態(tài)等性狀不同的細胞組成。異質(zhì)性構成同一腫瘤內(nèi)細胞的活力有差別的瘤組織;處于瘤體周邊區(qū)的細胞獲得血液供應多,增殖旺盛,中心區(qū)有的細胞衰老退化,有的處于周期阻滯狀態(tài),那些呈活躍增殖狀態(tài)的細胞稱干細胞(Stem Cells)、只有這些干細胞才是支持腫瘤生長的成分。腫瘤干細胞培養(yǎng)時易于生長增殖;把干細胞分離出來的培養(yǎng)方法稱干細胞培養(yǎng)。
        (六)細胞遺傳
        大多數(shù)腫瘤細胞有遺傳學改變,如失去二倍體核型、呈異倍體或多倍體等。腫瘤細胞群常由多個細胞群組成,有干細胞系和數(shù)個亞系,并不斷進行著適應性演變。
        (七)其它
        腫瘤細胞在體外不易生長的原因可能由于:①依賴性:腫瘤細胞雖有較強克隆生長力,但仍有一定的群體性或與其它細胞相依存關系。一是腫瘤細胞與腫瘤細胞的相互依存,二是腫瘤細胞與基質(zhì)成纖維細胞的依賴。體外分散培養(yǎng)和排除成纖維細胞后也會同時消除或減弱這些依存關系,可能影響癌細胞增殖生長的活性;②腫瘤細胞的自泌也會因分散培養(yǎng)而被稀釋,達不到腫瘤生長的需求,降低腫瘤細胞的生長增殖力;③并非所有腫瘤細胞都有強的生長活力和長的Life Span,只有干細胞才有強的增殖生長能力,但這些細胞數(shù)量很少;④離體培養(yǎng)腫瘤細胞可能需求與體內(nèi)相似的特殊生存條件。
        二、培養(yǎng)方法
        腫瘤細胞培養(yǎng)成功關鍵在于:取材、成纖維細胞的排除、選用適宜的培養(yǎng)液和培養(yǎng)底物等幾個方面。在具體培養(yǎng)方法方面,腫瘤細胞培養(yǎng)與正常組織細胞培養(yǎng)并無原則差別,初代培養(yǎng)應用組織塊和消化培養(yǎng)法均可。 (一)要點
        1.取材:
        人腫瘤細胞來自外科手術或活檢瘤組織。取材部位非常重要,體積較大的腫瘤組織中有退變或壞死區(qū),取材時盡量避免用退變組織,要挑選活力較好的部位。癌性轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)或胸腹水是好的培養(yǎng)材料。取材后宜盡快進行培養(yǎng),如因故不能立即培養(yǎng),可貯存于4℃中,但不宜栽過24小時。
        2.培養(yǎng)基:
        腫瘤細胞對培養(yǎng)基的要求不如正常細胞嚴格,一般常用的 RPMIl640、 DMEM、Mc-Coy5A等培養(yǎng)基等皆可用于腫瘤細胞培養(yǎng)。腫瘤細胞對血清的需求比正常細胞低,正常細胞培養(yǎng)不加血清不能生長,腫瘤細胞在低血清培養(yǎng)基中也能生長。腫瘤細胞對培養(yǎng)環(huán)境適應性較大,是因腫瘤細胞有自泌(Autocrine)性產(chǎn)生促生長物質(zhì)之故。但這并不說明腫瘤細胞完全不需要這些成分。按不同細胞需要不同的生長因子;腫瘤細胞與正常細胞之間、腫瘤細胞與腫瘤細胞之間對生長因子的需求都存在著差異。但大多數(shù)腫瘤細胞培養(yǎng)中仍需要生長因子。有的還需特異性生長因子〔如乳腺癌細胞等)。總之培養(yǎng)腫瘤細胞仍需加血清和相關生長因子培養(yǎng)更易成功。
        3.成纖維細胞的排除:
        成纖維細胞常與腫瘤細胞同時混雜生長,致難以純化腫瘤細胞。而且成纖維細胞常比腫瘤細胞生長得快,最終能壓制腫瘤細胞的生長。因此排除成纖維細胞成為腫瘤細胞培養(yǎng)中的關鍵。排除成纖維細胞有多種方法(表2-1)。

         

        21 抑制成纖維細胞生長因素

        方法 因素 組織細胞
        選擇性附著

        選擇性附著底物


        匯合飼細胞層

        選擇性培養(yǎng)基
        胰蛋白酶
        膠原酶
        聚丙烯酰胺

        聚四氟乙烯(Teflon
        膠原(豬皮)
        小鼠3T3
        人胎小腸
        D-纈氨酸(Valine
        MCDB-710
        MCDB-153
        Phenobarbitone
        胚胎小腸、心肌、表皮
        乳癌
        各種腫瘤
        轉(zhuǎn)化細胞
        表皮細胞
        表皮
        正常和惡性乳腺上皮
        結(jié)腸癌
        腎組織
        乳腺
        表皮
        肝細胞

        注:上表結(jié)果為個別實驗室經(jīng)驗,僅供參考

        (二)成纖維細胞排除法
        1.機械刮除法:
        是用不銹鋼絲末端插有橡膠刮頭(用膠塞剪成三角形插以不銹鋼絲)、或裹少許脫脂棉制成,裝入試管中高壓滅菌后備用(也可用特制電熱燒灼器刮除)。刮除程序為:
        (1)標記:鏡下觀察,用不脫色筆在培養(yǎng)瓶皿的背面圈下生長腫瘤細胞的部位;
        (2)刮除:棄掉培養(yǎng)液,把無菌膠刮伸入瓶皿中,肉眼或顯微鏡窺視下,刮除無標記空間;
        (3)用Hanks液沖洗一兩次,洗除被刮掉的細胞;
        (4)注入培養(yǎng)液繼續(xù)培養(yǎng),如發(fā)現(xiàn)仍有成纖維細胞殘留,可重復刮除至完全除掉為止
        2.反復貼壁法:
        根據(jù)腫瘤細胞比成纖維細胞貼壁速度慢的特點,并結(jié)合使用不加血清的營養(yǎng)液,把含有兩類細胞的細胞懸液反復貼壁,使兩類細胞相互分離,操作方法與傳代相同。
        (1)待細胞生長達一定數(shù)量后,倒出舊培養(yǎng)液,用胰酶消化后,Hanks 沖洗2次,加入不含血清的培養(yǎng)液,吹打制成細胞懸液;
        (2)取編號為此A、B、C三個培養(yǎng)瓶;首先把懸液接種入A培養(yǎng)瓶中。置溫箱中靜止培養(yǎng)5~20分鐘后,輕輕傾斜培養(yǎng)瓶,讓液體集中瓶角后慢慢吸出全部培養(yǎng)液,再接種入B培養(yǎng)瓶中后;向A瓶中補充少許完全培養(yǎng)液置溫箱中繼續(xù)培養(yǎng);
        (4)培養(yǎng)B瓶中細胞5~20分鐘后,接處理A的方法,把培養(yǎng)液注入C培養(yǎng)瓶中;再向B瓶中補加完全培養(yǎng)基。
        當三個瓶內(nèi)都含有培養(yǎng)液后,均在溫箱中繼續(xù)培養(yǎng)。如操作成功,次日觀察可見A瓶主要為成纖維細胞,B瓶兩類細胞相雜,C瓶可能主要為癌細胞。必要時可反復處理多次,直至癌細胞純化為止。
        3.消化排除法:
        此法曾用于乳癌細胞的培養(yǎng),具體程序是:
        (1)先是用0.5%胰蛋白酶和0.02%EDTA(1:1)混合液漂洗培養(yǎng)細胞一次,然后再換成新的混合液繼續(xù)消化,并在倒置顯微鏡下窺視和不時搖動培養(yǎng)瓶,到半數(shù)細胞脫落下來后,便立即停止消化;
        (2)把消化液吸入離心管中,離心去上清,吸入另瓶中,加培養(yǎng)液置溫箱中培養(yǎng);向原瓶內(nèi)也補加新的培養(yǎng)液繼續(xù)培養(yǎng)。用此法處理后,成纖維細胞比腫瘤細胞易先脫落。經(jīng)過幾次反復處理,可能把成纖維細胞除凈。
        4.膠原酶消化法:
        本法是利用成纖維細胞對膠原酶較為敏感的特點,通過消化進行選擇。
        (1)可用0.5mg/ml的膠原酶消化處理,邊消化邊在倒置顯微鏡下窺視,當發(fā)現(xiàn)成纖維細胞被除掉后,即終止消化;
        (2)用Hanks洗滌處理一次后,更換新培養(yǎng)液,繼續(xù)培養(yǎng),可獲純凈腫瘤細胞。如成纖維細胞未被除凈,可再次重復。
        5.其它方法:
        有人發(fā)現(xiàn)聚丙烯酰胺有抑制成纖維細胞生長的作用;也有人用聚蔗糖制備成比重1.025~1.085的密度梯度離心液,加入細胞懸液后,在23℃中800g離心 10分種。在比重1.025~1.050層為成纖維細胞,在比重1.050~1.085層為上皮細胞,再經(jīng)過分離進行培養(yǎng)。最近也有人應用特殊化學物如SOD抑制成纖維細胞生長的方法。
        選用上述任何一種方法,都需進行試驗,取得必要經(jīng)驗,找出適合的條件,才能獲得好的效果。
        (三)提高腫瘤細胞培養(yǎng)存活率和生長率措施
        根據(jù)人們的經(jīng)驗,腫瘤細胞在體外不易培養(yǎng),建立能傳代的腫瘤細胞系更為困難。當腫瘤組織或細胞初代接種培養(yǎng)后,常出現(xiàn)以下幾種情況:
        完全無細胞游出或移動;
        有細胞移動和游出,但無細胞增殖,細胞長時間處于停滯狀態(tài)以致難以傳代;
        有細胞增殖,傳若干代后停止生長或衰退死亡;
        傳數(shù)代后細胞增殖緩慢,經(jīng)過一段停滯期后,才又呈旺盛生長狀態(tài),形成穩(wěn)定生長的腫瘤傳代細胞系。
        以上現(xiàn)象說明腫瘤細胞對體外生存條件有較高的要求,并需經(jīng)過對新環(huán)境的適應才能生長,因此欲獲得好的培養(yǎng)效果,不能局限于一般培養(yǎng)法,必須采用一些特殊的措施。
        1.適宜底物:
        把經(jīng)過純化的細胞接種在不同的底物上,如鼠尾膠原底層、飼細胞層等。
        2.生長因子:
        應用促細胞生長因子,向培養(yǎng)液中增加一種或幾種促細胞生長因子。根據(jù)細胞種類不同選用不同的促生長物,常用有胰島素、氫化可的松、雌激素以及其它生長因子。
        為提高腫瘤細胞對體外培養(yǎng)環(huán)境的適應力和增加有活力癌細胞(干細胞)的數(shù)量,可采用動物體轉(zhuǎn)嫁接種成瘤后,再從動物體內(nèi)取出進行培養(yǎng),能提高體外培養(yǎng)的成功率。受體動物以裸鼠最好。
        3.動物體媒介培養(yǎng)方法:
        (1)瘤塊接種:取新鮮瘤組織,用Hanks液洗凈血污,切成1~3毫米小塊,用穿刺針頭吸一小瘤塊,用酒精棉球擦拭動物腹部后,直接刺入皮下,注入瘤塊;
        (2)飼養(yǎng)觀察,待腫瘤生長達較大體積后,剝?nèi)〕隽鼋M織;
        (3)進行體外培養(yǎng)。
        (4)為防止失敗,仍取部分瘤組織繼續(xù)在裸鼠體內(nèi)傳代。通過裸鼠媒介接種,有活力的腫瘤細胞數(shù)量增多,細胞培養(yǎng)易于成功。
        腫瘤細胞培養(yǎng)方法與培養(yǎng)正常細胞完全相同,但成功率比正常細胞高。
        (四)體外培養(yǎng)腫瘤細胞生物學檢測
        一旦培養(yǎng)的腫瘤細胞生長成形態(tài)上單一的細胞群體或細胞系(或株)后,不論用于實驗研究還是建立細胞系,都需要做一系列的細胞生物學測定,主要的目的在于求得證明:
        所培養(yǎng)的細胞系的確來源于原體內(nèi)具有惡性的細胞,而非正常細胞或其它細胞。均具有瘤種特異性。闡明一般生物學性狀。測定項目數(shù)量無明確規(guī)定,根據(jù)需要而定,以下為常做的項目和要點。
        【形態(tài)觀察】主要觀察細胞的一般形態(tài),如大體形態(tài)、核漿比例、染色質(zhì)和核仁大小、多少等以及細胞骨架微絲微管的排列狀態(tài)等。
        【細胞生長增殖】檢測細胞生長曲線、細胞分裂指數(shù)、倍增時間、細胞周期時間。
        【細胞核型分析】檢測核型特點,染色體數(shù)量、標記染色體的有無、帶型等。
        【凝集試驗】檢測凝集力。
        【軟瓊脂培養(yǎng)】檢測集落形成能力。
        【異體動物接種】向異體動物體內(nèi)(皮下)接種細胞懸液,觀察成瘤能力。
        【其它】除上述項目外,根據(jù)需要還可做同位素標記、組織化學成分分析,熒光顯微鏡觀察等。
        在上述腫瘤細胞生物學檢測中,最主要的為:異體動物(以用裸鼠為上)接種成瘤、軟瓊脂培養(yǎng)、核型分析、細胞骨架和電鏡觀察等幾項。當然從分子細胞學角度考慮尚應做癌基因和抗癌基因等的檢測,這些項目將在本書第二篇中介紹。
        (五)對腫瘤細胞系或細胞株的評價
        已建成的各種腫瘤細胞系或細胞株,無疑都是可用的實驗對象。近年我國已建成的腫瘤細胞系已非常多,并獲得越來越廣泛的應用。但根據(jù)研究者的經(jīng)驗,在使用這些細胞系時,應持特別審慎態(tài)度,主要是應考慮到這些細胞在長期傳代中有否發(fā)生遺傳性改變的可能。眾所周知,長期傳代細胞系染色體核型常是不穩(wěn)定的。另外也可能發(fā)生如基因突變、基因易位或缺失等變化。其結(jié)果可能導致細胞產(chǎn)生生物學性狀上的變動。以近年建成的各種腫瘤細胞系為例,都已傳代少則幾十,多則百代以上后,才確認建成了細胞系。這種情況下很難保證細胞從初代到建成時的性狀仍是一致的。已如前述,癌細胞在培養(yǎng)中并非能很順利地傳下去,凡已長期傳代的細胞系,都已獲得不死性。當前尚未完全確證所有癌細胞都具有不死性;因此尚難肯定在長期培養(yǎng)中的癌細胞的生物學性狀與體內(nèi)時仍完全相同(包括不死性)。據(jù)上述對用癌細胞系所獲實驗結(jié)果應盡量做分析性的結(jié)論,避免做概括性的與體內(nèi)等同的結(jié)論,外推與體內(nèi)等同更是不妥的。廣泛來說,應用各種較長時間培養(yǎng)細胞做實驗時,都應如此。

         

         

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