细胞培养
细胞培养方法:简史
细胞的发现
“细胞”一词是由英国物理学家罗伯特·胡克(1635-1702)在1665年出版的著作《显微图学》中首次使用的。他描述了对昆虫、植物、海绵甚至化石等生物样本的微观结构的观察。他通过早期版本的显微镜观察一片软木薄片，看到了他称为“细胞”的单元排列，因为它们让他想起了僧侣们过去居住的小房间(称为cellula)。
荷兰科学家安东尼·范·列文虎克(1632-1732)改进了显微镜的设计，使他能够以270倍的放大率观察物体，而胡克的显微镜只能达到大约50倍的放大率。这种能力使他能够观察细菌和原生动物。1677年，他也是第一个观察和描述精子的人。
对显微镜设计的进一步改进帮助植物学家马蒂亚斯·施莱登(1804-1881)和动物学家西奥多·施旺(1810-1882)形成了“细胞理论”，该理论认为每一个有机体，无论是植物结构还是动物组织，都是由细胞组成的。1838年，Schleiden推断所有的植物结构元素都是由细胞组成的，并观察到有机体的生长是由于细胞大小和数量的增加。1839年，施万通过对动物组织的检查得出结论，“所有组织的基本部分都是由细胞构成的。”Schwann描述说，细胞有三个基本要素:细胞核、液体内容物和壁(膜)。
然而，施万和施莱登误解了细胞是如何生长的。1855年，鲁道夫·魏尔啸提出，新细胞是通过现有细胞的分裂来发展的，他创造了格言“omnis cellula e cellula”，意思是“所有细胞都来自细胞”他将细胞描述为生命的基本单位，并创立了正常细胞功能的改变会导致所有疾病的概念。
组织和细胞培养
1885年，德国动物学家威廉·鲁(1850 - 1924)建立了第一个组织培养。他通过证明将活细胞(胚胎鸡的延髓板的一部分)体外保存在盐水缓冲液中13天是可能的。
20世纪初，美国胚胎学家罗斯·格兰维尔·哈里森(1870-1959)通过在体外培养青蛙胚胎组织，开发了第一个体外细胞培养技术。他将组织放在盖玻片上的培养基溶液中，将它翻转过来，放在中间有凹陷的载玻片上。这个所谓的悬滴技术——改编自罗伯特·科赫发明的用于细菌研究的微生物学方法——被成功地应用于细胞培养。他随后在培养中保持神经细胞，并监测神经纤维的发育。
悬滴技术
哈里森实验的一个显著局限是细菌污染感染悬滴前的时间通常很短。因此，他在细胞培养基的工作中引入了无菌技术。玻璃器皿在使用前在火焰中加热。外科设备(例如，针、剪刀和镊子)被煮沸。布料和滤纸经过高压灭菌。这些无菌制备技术杀死了大多数细菌和真菌，并使他能够在体外保持细胞超过五周。
蒙特罗斯·布伦斯(1884-1947)和阿莱克西斯·卡莱耳(1873-1944)采用了悬滴细胞培养法，使用了更容易获得的鸡血浆凝块。它在质量上也更加同质，使得体外培养物的制备更加可靠。他们建立了许多物种的胚胎和成人组织(正常的成人哺乳动物和癌组织)的细胞培养物，这些细胞培养物可以在体外维持几个月。
他们随后引入了连续培养的概念，即从旧的培养物建立新的培养物，而不需要每次从新的组织外植体进行原代培养。该结果于1910年发表在《美国医学协会杂志》上。术语“组织培养”也在1911年第一次被定义为“接种有小块活组织的原生质培养基”
从1912年到1946年，卡雷尔去世两年后，他和他的同事在纽约市的洛克菲勒研究所制作并维持了一系列活的和分裂的小鸡心脏组织培养物。由于这种培养的持续时间大大超过了小鸡的平均寿命，因此这些细胞被认为是永生的。
然而，在1961年，伦纳德·海弗利克进行了实验，证明了体外培养的人类细胞的有限寿命，对卡雷尔的永生假说提出了质疑。几个月来几次培养正常鸡体细胞的失败尝试进一步暴露了卡雷尔假说中的一个问题。到目前为止，卡雷尔的不朽组织培养出了什么问题仍然不得而知，仍然是一个猜测的问题。
细胞培养的分类
有许多方法可以对细胞培养物进行分类。一种常用的分类是根据培养中所用细胞的来源。我们区分原代细胞培养、次级细胞培养和细胞系。
原代细胞培养:
原代培养的细胞直接从正常或恶性、成人或胚胎组织或器官中获得。在第一次传代(传代培养)之前，即在收获和重新接种之前，细胞被认为是原代细胞。原代培养包含不同的细胞类型。它们也广泛用于生理学、细胞遗传学、药理学、组织工程和其他领域。从正常组织建立的细胞系显示有限的生长。相反，从癌组织中获得的细胞系可以无限增殖。我们可以进一步将原代培养物分为贴壁培养物(当细胞以单层形式附着在基质上生长时)或悬浮细胞培养物(当细胞在培养基中自由漂浮时)。
次级细胞培养:
当原代细胞从一个培养容器转移到另一个培养容器时，我们称之为次级培养。次级细胞培养物的传代次数记录了培养物被传代培养的次数，即收获并重新接种到多个“子代”细胞培养瓶中的次数。传代培养技术允许研究人员通过从原代细胞培养物中连续传代培养细胞来获得细胞系。
细胞系培养:
细胞系是来源于一个细胞的细胞的集合。细胞系可以是有限的或连续的。连续细胞系通过基因突变或人工修饰获得了无限增殖的能力。有限细胞系在传代培养20-80代后停止分裂(即衰老)。
细胞培养中的原位电生理读数
细胞培养技术在20世纪得到了极大的改进。然而，用于从细胞获得功能读数的除显微镜之外的原位和非破坏性(即，保持细胞存活)方法具有挑战性。
在1972年，托马斯等人。发表了第一篇关于应用多电极阵列(MEA)记录培养细胞电活动的论文。该阵列由金电极和引线组成，在玻璃基底上有一层粘附层。引线用光致抗蚀剂绝缘。同时，电极镀上了铂黑，以减少记录过程中的阻抗和噪音。第一个MEA由两排15个电极组成。电极间隔100微米，每个电极的直径为7微米
在接下来的几十年里，文献中报道了这种初始设计的许多变体，并且在20世纪90年代有几家公司提供了商业mea。然而，基本设计几乎没有改变。
生物力学和细胞培养
在传统的细胞培养中，细胞通常在玻璃或塑料基底上单层生长。这些条件不能准确代表细胞在体内经历的环境。重要的是，体内细胞的机械拉伸通过以下途径影响它们的基因表达和表型机械转导.
未能考虑体外细胞培养实验中机械力和生物力学的影响，可能会导致结果与体内研究细胞的行为不同。因此，在细胞培养实验中不考虑机械力是临床前研究预测临床结果失败的一个原因，从而导致超过90%的临床试验没有成功。
我们区分生理性和病理性机械拉伸。Jufri等人在他们的评论文章.
细胞在自然条件下经历生理拉伸。例如，心脏和肺细胞分别随着每次心跳和呼吸而膨胀和压缩。应变通常小于10%，并且拉伸通常缓慢(即，低应变率)。这些机械力对细胞的正常功能至关重要。生理拉伸通常被建模为线性或径向5-10%应变(在外周神经系统的一些部分更高)，频率为0.5-2 Hz，超过数千个周期。
病理性拉伸是一种超出细胞健康极限的变形，会导致损伤或创伤。例如，大脑中细胞的病理性伸展引发了病理生理学级联反应，导致了约80%的创伤性脑损伤(TBI)病例。TBI也是阿尔茨海默病等神经退行性疾病的重要危险因素。病理拉伸被建模为线性或径向拉伸，其通常大于20%应变，取决于细胞的类型，并且通常在> 50/s的高应变速率下仅出现一次
第一个用于体外实验的商业细胞拉伸装置出现在20世纪80年代末，现在有几家公司提供。
细胞培养中的原位电生理学和生物力学:测量系统
在BMSEED开发和商业化可拉伸微电极阵列(sMEA)技术之前，电生理学和生物力学是不兼容的范式。以前在电生理学实验中使用的材料是众所周知的易碎和脆弱，并且在机械变形时会损坏或损伤细胞。然而，在电生理学实验中忽略生物力学会牺牲生理学相关性，因为力学线索会影响细胞基因表达和表型。
BMSEED measure平台中的耗材sMEAs的发明使研究人员能够将电生理学与生物力学结合起来。sMEA上的电极与细胞一起拉伸，并且能够在拉伸之前、之中和之后进行诱发活动的细胞外记录和刺激。不同型号的测量可用于在受控的体外环境中模拟生理和病理生物力学。
MEASSuRE系统是第一个也是唯一一个结合了三个关键模块的研究工具，用于研究机械拉伸对组织电生理学的影响。这电生理学、力学和成像模块集成:
这三个范例同时独立应用。目前，BMSEED是唯一一家为体外研究应用提供可拉伸微电极的公司。
MEASSuRE系统的总体目标是使培养皿中的细胞(体外)表现得更类似于体内的同类细胞(体内)。这样做将提高临床前研究的准确性，并非常终提高开发复杂疾病治疗方法的临床试验的成功率。
使用MEASSuRE为您的研究提供动力
MEASSuRE是唯一能够让研究人员独立同时应用机械拉伸、电生理学和成像的研究工具。联系BMSEED了解更多关于MEASSuRE的信息。
在BMSEED，我们的使命是推动创新，积极影响生物医学研究界。了解更多信息关于我们.
扫一扫咨询微信客服
