细胞培养是生物科研的基本技能,但是很多刚进入实验室的新手,往往容易因为实验操作不当,导致细胞污染、状态变差等问题。本期我们主要从原理、操作、注意事项等几个方面介绍去全流程。
1细胞培养的基本类型
贴壁培养细胞:绝大多数细胞(如肿瘤细胞、成纤维细胞等)需要贴附在培养器皿表面生长,形成单层细胞;
悬浮培养细胞:细胞悬浮在培养基中生长,无需贴壁,如 Jurkat、K562 等免疫细胞。
2细胞培养的关键试剂与耗材
①培养基:不同的细胞使用不同的培养基,对于大部分肿瘤细胞来说多用DMEM培养基(一般配方为90%的合成培养基加10%的胎牛血清,根据需求加1%的双抗,防治细胞污染)。
不同的细胞使用的培养基不同,一般购买细胞的时候都会有细胞培养的说明书,如果是ATCC上购买的细胞,可以上官网查找,会有详细的介绍,包括细胞生长状态图、传代比例,培养基等。具体可见前期内容。别再盲目养细胞了!收藏这几个网址,细胞来源、培养条件一键查,新手也能少走弯路
②消化液:贴壁细胞最常用胰蛋白酶(0.25% 胰酶 + EDTA),适配 90% 以上的常规贴壁细胞(如 HeLa、293T、HepG2 等肿瘤细胞、普通成纤维细胞。我们应该根据细胞类型、贴壁强度、实验需求选择不同配方的胰酶消化液。使用胰蛋白酶(0.25% 胰酶 + EDTA)消化后需用含血清的培养基终止反应,防治消化过度导致细胞死亡。
③缓冲液:PBS(磷酸盐缓冲液):无钙镁离子,用于洗涤细胞,在细胞传代的时候,用于去除培养基中的血清(防止抑制胰酶活性),以及去除细胞碎片等等。
④耗材:培养瓶 / 培养皿、移液管、离心管、冻存管都是一次性无菌耗材,在细胞培养操作的时候,全程注意无菌操作。
常见问题:
为什么培养基颜色多变?
培养基中会添加酚红指示剂,酚红指示剂会随着pH发生变化,其指示范围是6-8,当培养基偏酸的时候,培养基呈淡黄色,可是细胞代谢产生的乳酸等废物积累,需要及时更换新鲜培养基;检查细胞密度是否过高,必要时传代;也会因为培养箱的CO₂浓度的变化改变。
CO₂浓度不足(<5%):缓冲体系向产碱方向进行,pH 快速升高,培养基橘红→紫红→深紫;
CO₂浓度过高(>5%):缓冲体系向产酸方向进行,pH 轻微降低,培养基橘红→浅黄。
3细胞的居住环境细
胞培养的核心环境:模拟体内生理条件
核心条件:
温度:37℃(人体细胞)
CO₂浓度:5%,维持培养基的 pH 值;
湿度:95% 以上,能够防止培养瓶内培养基蒸发,培养箱内需定期加水,保持无菌水清洁。
问题②:细胞培养皿与细胞培养瓶的区别?
细胞培养皿和培养瓶是贴壁细胞培养最常用的两种耗材,二者材质一致。无菌要求相同,但是培养空间,方式有些许区别。
材质上主流是聚苯乙烯(PS),表面经亲水处理(带负电荷),保证贴壁细胞能顺利黏附生长,未亲水处理的耗材仅适用于悬浮细胞。
规格均以底面积(cm²) 标注核心规格,而非直径 / 容积,是选择耗材的关键依据(如 60mm 培养皿底面积≈21cm²,T25 培养瓶底面积 = 25cm²)
培养瓶为立式瓶身,配有透气或密封盖,常用规格有 T25、T75 等,培养时培养基用量少,气体交换可控,污染风险低,适合细胞的长期培养、日常保种和大量扩增;培养皿是平底敞口设计,分普通培养皿和 6 孔、96 孔等多孔培养皿,操作起来更方便,显微观察无视野偏差,细胞铺板的均匀性也更好,只是培养基容易蒸发,更适合开展短期实验、多组平行操作,以及需要显微观察、荧光染色的相关实验,实验室中二者搭配使用,可满足不同的细胞培养需求。
4细胞操作
细胞培养的核心围绕复苏→传代→换液→冻存展开,所有操作均在超净工作台内完成,严格按照无菌操作。
污染是细胞培养的最大敌人,所以全过程一定注意无菌操作:
1. 超净工作台使用前,开紫外灯照射 30min 灭菌,操作时开风机,关闭紫外灯;
2. 操作前用 75% 酒精擦拭双手、工作台面、所有耗材表面,避免用手直接接触耗材内部;
3. 移液、开盖等操作时,器皿口始终对着酒精灯火焰(保持 “火焰无菌区”),开盖后不要长时间暴露在空气中;
①细胞复苏:
1.从液氮罐中取出冻存管,装进一次性手套,放入 37℃恒温水浴锅,快速摇晃,1-2min 内完全解冻。
2. 将细胞转移至干净的15mL离心管,加入3mL培养基,轻轻吹打混匀,1000rpm离心5min
3.期间准备好培养瓶,标记好日期时间,姓名,细胞名称,代数,加入5-6mL培养基。
3. 离心好的细胞弃去上清,加入1mL培养基重悬后加入培养瓶,轻轻摇匀,放入 37℃、5% CO₂培养箱,静置培养 24-48h
②细胞传代:细胞传代详细步骤
③细胞铺板:原来细胞铺板这么简单
④细胞冻存:前期内容:冻存的时候细胞长得好好的,怎么一复苏?
常见问题③:为什么细胞冻存需要慢冻速溶
细胞冻存遵循慢冻速融原则,是为了最大程度减少低温对细胞造成的冰晶损伤,同时降低冻存保护剂(如 DMSO)的毒性影响,维持细胞的活性和结构完整,
慢冻:细胞内含有大量水分,如果直接快速冷冻,细胞内的水分会瞬间凝结成大体积冰晶,这些冰晶会物理性刺破细胞膜、损伤内质网、线粒体等细胞器,还会破坏细胞内的蛋白、核酸等生物大分子,导致细胞彻底失活;缓慢降温(常规速率约 - 1℃/min) 能让细胞内的水分通过细胞膜缓慢渗透到细胞外,在细胞外形成细小的冰晶,细胞内则因水分减少处于轻度脱水状态,既避免了细胞内大冰晶的形成,又能让冻存保护剂充分发挥作用,包裹细胞、减少细胞膜的低温损伤,最终让细胞进入休眠的冻存状态,保留活性。
速融:快速唤醒,降低冻存保护剂的毒性
冻存保护剂(如 DMSO)虽能保护细胞免受冰晶损伤,但对活细胞具有一定的毒性,且这种毒性会随低温下的接触时间延长而加剧。37℃水浴快速解冻(1-2min 内完全融化) 能让冻存液瞬间从固态变为液态,快速打破细胞的休眠状态,大幅缩短细胞与冻存保护剂的接触时间,降低其毒性影响。
常见问题④:如何判断细胞消化情况
判断细胞消化完成的核心是在镜下观察细胞形态和贴壁状态,在倒置显微镜下观察,贴壁细胞出现变圆、边缘翘起、少量脱落、细胞间间隙变大的特征,一般肉眼可见细胞层可以移动就可以终止。
常见问题⑤:细胞污染怎么办?
建议直接将污染的细胞扔掉,培养箱全面消毒;如果是非常珍贵的细胞,可以用含有抗生素的PBS反复清洗,消化后离心传代,并用含有抗生素浓度高的培养基培养,及时更换培养基看是否可以补救。