原代細胞培養在藥物測試的使用與注意事項
長期以來,科學家多依賴永生化的細胞系來進行各種研究,但在過去十年,隨著細胞生物學的發展,細胞培養領域發生了巨大變化,新型的技術和培養試劑讓使用原代細胞作為研究對象成為可能。相比于細胞系,原代細胞更多保留了體內原始組織的生物學特征,如生長和衰老,因此通過原代細胞可建立更好的細胞疾病模型。
原代細胞(Primary cells)是指來源活體組織,經過特定分離方法制備而成的初始細胞。
原代細胞離體時間短且不經過永生化過程,其生物學特性未發生很大變化,仍保持原有的遺傳特征,可更好地反映細胞在體內的生長狀態,從而獲得與體內生理功能更接近的數據,很適合用于藥物測試、細胞分化和轉化等實驗研究。
01 原代細胞與細胞系該如何選?
原代細胞生長緩慢,一般認為,原代細胞培養的第1代和傳代到第10代以內統稱為原代培養。原代培養的細胞一般傳至10代左右就不容易傳下去了,細胞的生長會出現停滯,大部分細胞衰老死亡。但是有極少數的細胞能夠度過“危機”而繼續傳下去,這些存活的細胞一般能夠傳到40-50代,這種傳代細胞叫做細胞株。當細胞傳至50代以后又會出現“危機”,這時有部分細胞的遺傳物質發生了改變且帶有癌變的特點,從而可能無限制地傳代下去,這種傳代細胞稱為細胞系。
細胞系因其容易培養、種類多、產量可觀的優點一直是細胞水平研究,且價格相對低廉,但細胞系“價廉卻不一定物美”。研究發現,細胞系在連續培養的過程會不斷發生突變,長時間的多次傳代可能會導致細胞系的基因型和表型都發生變化,從而影響實驗結果。例如有研究報道,HEK293經腺病毒轉染后得到的細胞更接近未成熟神經元細胞;MDA-435作為乳腺癌細胞被廣泛用于各種研究,但近年來越來越多證據表明其可能為一種黑色素瘤細胞。
原代細胞則不存在這些問題,雖然原代細胞分離和培養的成本可能相對更高,但原代細胞作為更接近體內環境的研究模型,可讓你的研究結論更加接近“事實”,且原代細胞的使用可減少動物實驗所需的成本開支。另外在某些人體體內無法進行的實驗,原代細胞因其高度保持了在體內的生物學特性,可在一定程度解決這個問題。
由于永生化的細胞系與體內組織細胞的生物特性相差甚遠,導致許多生理和病理的過程難以重復,近年來,原代細胞正逐步成為細胞和分子生物學研究的工具,為疾病機制、藥物研發等提供了高質量的模型。但不可能否認的是,細胞系在科研中的地位仍十分重要,例如在標準化方案的確立上細胞系是良好的工具,某些需要大量細胞的研究如全基因組遺傳篩選,由于原代細胞數量有限且對培養條件要求苛刻,細胞系也是。
02 原代細胞的分離與培養
原代細胞是出了名的難養,對培養環境和實驗操作的要求更苛刻。原代細胞在體外通常只能傳代少數幾次,某些原代細胞(如神經元細胞)甚至無法進行傳代。對于研究人員來說,如何才能經濟高效地培養好原代細胞,并圍繞這有限幾次傳代的細胞設計實驗,是更大的一個挑戰。
原代細胞是取材于切除的動物組織,通過酶處理,在適當的條件下培養直至達到足夠的數量。分離的原代細胞有兩種類型:貼壁細胞(錨定依賴性生長)和懸浮細胞(錨定非依賴性),貼壁細胞多來自器官組織,而懸浮細胞多來自血液系統的細胞。
從組織制備原代細胞,即使捱過了極其嚴苛的解離步驟,不嚴謹的分離操作可能會導致細胞生長緩慢、表型不一致甚至細胞污染,特別是由于組織中可能含有細菌等微生物,污染問題對于原代細胞的分離和培養是一個很大的隱患。而為了讓研究人員不再為這些問題頭疼,現在已經出現了一些細胞公司可供應現成的原代細胞,并對應配有充分優化的培養基和實驗方案,這使得原代細胞的培養和研究比以往要輕松得多。
而對于具備自主從組織中獲取原代細胞的實驗室,也建議以商業化的原代細胞作為對照,采用均一性和穩定性更好的P2/P3代次進行實驗,并用專門的原代細胞培養基進行培養,大限度提高原代細胞的生長。