经典一组织培养技术.ppt
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1、组织培养技术,硕士研究生选修课程系列,Tissue culture,2,绪 论,组织培养技术 绪 论,3,这是一个真核细胞模型Can you describe it?,4,原核细胞与真核细胞比较,5,一、基本概念,组织培养 tissue culture 从体内取出组织模拟体内生理环境,在无菌、适当温度和一定营养条件下,使之生存和生长并维持其结构和功能的方法。使用组织块(O.51立方毫米)或薄片(厚0.2 毫米),6,细胞培养 Cell Culture 方法同上,培养物是单个细胞或细胞群。,7,器官培养 Organ Culture 应用和组织培养相似的条件,培养的是器官的原基、器官的一部分或整个
2、器官,使之在体外生存、生长和保持一定功能的方法。使用器官原基或器官的一部分或整个器宫,8,动物细胞培养用容器及培养基Culture vessels and mediumfor animal cell culture,体外培养 in vitro细胞培养 Cell culture 组织培养 Tissue culture 器官培养 Organ culture,体外培养种类,9,二、发展史,德国人Roux(1885)用温生理盐水体外培养鸡胚组织并存活数月被认为是组织培养的萌芽试验。1903年Jolly用盖片悬滴培养法,培养蝾螈白细胞生活一月,提示组织或细胞离体后,在人工培养条件下,仍能生存。1907年
3、Harrison创建了盖片覆盖凹窝玻璃悬滴培养法,在无菌条件下,采用淋巴液作培养基,培养蛙胚神经组织生活了数周,并曾观察到神经细胞凸起的生长过程。由此建立了体外培养组织和细胞的基本模式系统。1923年,Carrel设计了卡式瓶培养法,扩大了组织的生存空间。,10,1924年Maximow的双盖片培养法,使之更易于传代和减少污染。1957年Dulbecco 等采用胰蛋白酶消化处理和应用液体培养基的方法,获得了的单层细胞培养,单层培养成了组织培养普遍应用的技术。促进了细胞系(cell line)的建立。近年各种条件已商品化系列化,应用冷冻技术,各国建立细胞库,组织培养发展示意图,11,我国组织培养
4、的发展,20世纪30年代传入我国。20世纪50年代起步20世纪70年代,成为医学和生物学研究中普遍应用的手段。近20年,建立了人和各种动物肿瘤及其他细胞系,细胞培养库已初步建成,细胞培养用品,培养剂、学清、试剂等已商品化。高科技的引入和开展,各种培养用具不断被引入,电镜技术、标记技术、单细胞显微注射、荧光免疫、电泳技术、杂交瘤技术、DNA转染核细胞转化、分子杂交等,12,实验操作者需要注意的问题,掌握操作技术,理解各种操作的基本原理有判定细胞生长好坏和是否发生污染的能力熟悉体外培养细胞的生存条件、细胞的生物学性状和相关的基本理论知识。,13,各种液体要专人配制,并保证做到按规程行事;制备浓度精
5、确、灭菌可靠。所有制备好的溶液和试剂瓶上都要有标签,注上名称、浓度、消毒与否和制备日期。一切培养用品都要有固定的存放地点(尤其培养用品与非培养用品应严格分开;以消毒与未消毒品应严格分开存放),目的:避免各种杂质混入细胞生存环境、防止微生物感染和细胞“污染”。细胞污染:不同细胞之间因操作不严造成的相互混杂,使细胞群体部村的现象。,组织培养是一种程序比较复杂、需求条件多而严格的实验性工作。由于工作环节多,为保证操作上的一致性,避免造成人为的差异,应将所有操作程序制定统一规范,在一定时间内保持相对稳定和人人遵守。,实验室管理制度,14,三、组织培养优缺点,优点:能长时间直接观察活细胞的形态结构和生命
6、活动;可用于细胞学、遗传学、免疫学、实验医学和肿瘤学等多种学科的研究工作便于观察、记录、摄影,直接观察细胞变化 可供研究的细胞种类广泛,从低等生物到高等动物,以及人类;从胚胎到成体;从正常组织到肿瘤细胞,皆可 便于使用不同方法研究细胞(相差显微镜、荧光显微镜、电自显微镜、组织化学和同位素标记等),15,易于施加物理、化学和生物因素进行实验 培养细胞携带有与体内细胞同等的基因组,也是分子生物学和基因工程学的研究对象和组成部分。可同时提供大量生物性状相似的实验对象,耗资少,经济。已成为生物制品、基因工程制品、单克隆抗体生产的必要手段,16,作为一种技术,有其局限性 组织和细胞离体以后,独立生存在人
7、工培养环境中,与体内环境相比,仍有很大差异。故实验结果不能外推至体内,轻易做出与体内等同的结论。,17,组织培养基本理论知识,组织培养技术 第一章,18,一、组织培养细胞生物学,19,体内外细胞的差异当细胞被置于体外培养后,一旦失去神经体液的调节和细胞相互间的影响,生活在缺乏动态平衡的环境中,发生变化是必然的。培养细胞最多见的表现是:失去原有组织结构和细胞形态、分化减弱或不显、出现类似“返祖现象”;表现为细胞趋向单一化,或获得不死性,或变成具有恶性性状的细胞群。,20,可能的机制:组成人体的细胞高度分化,细胞间呈现着高度的相互依存性、个体细胞相对失去独立性。从受精卵形成开始,细胞的两个基本过程
8、增殖和分化,便协调地进行着。增殖使细胞数量增多,分化使机体结构和功能多样化,最终演变形成完整的人体。此间每个细胞的生命活动,均听命于外源信号,通过相关基因的调控,使之发生增殖或分化的表达。当细胞被立体培养后,信号来源切断,特定基因分化表达减弱或停止。而进化中保守的细胞增殖活动却可维持;遂使体内外细胞出现了差异。,21,培养细胞的分化不适应 deadaption细胞在体内的分化特性减弱或不表现,如干细胞产生酪氨酸转移酶的特性的丧失。主要因环境改变所致。细胞在体外培养时间越长,分化改变越大;细胞刚立体培养时,先出现的现象可能属不适应,即由于环境的改变而出现的变化。生存条件的改变是分化发生阻抑;,2
9、2,去分化dedifferentiation细胞失掉发生分化的能力。如肝脏细胞,当肝细胞失掉产生精氨酸酶、氨基转移酶等特性后,则失掉储存肝糖原能力,并很难再现。从分子水平考虑,去分化可能是基因变异所致。体外培养细胞不仅有分化潜能,是脊髓细胞来源中枢和遗传性状的不同,很多细胞也呈现一定程度的分化表达现象。如毛细血管内皮细胞在体外培养时,可形成类似血管样结构,但仅限于初代培养和接种在类似基膜物质底物上生长时才可发生。说明与体内条件越近四是,细胞越易发生分化。细胞离体培养时间越长,分化能力越差;培养细胞在体外生存时间与其分化能力成反向关系。,23,细胞置于体外培养时,因环境的改变,细胞分化的表达形式
10、也发生了与体内时不同的变化。如二倍体成纤维细胞,在体外可传30-50待,相当于150-300个细胞周期,最后衰老死亡,呈现着生命发展分化过程。阐明细胞分化机制不仅是了解癌变机理和攻克癌症的核心问题,也是人们支配生物生长、解决人类物质需要的极重要的手段,培养细胞是研究分化最理想的实验对象。,24,有分化特性的细胞系和细胞株,25,培养细胞形态分类贴附型能贴附在支持物表面生长。大多数培养细胞呈贴附性生长;只依赖于贴附才能生长。贴附后,易失去其原有的特征,细胞分化现象常不显著。在形态上表现单一化的现象,并常反应其胚层起源,呈现类似“返祖现象”成纤维细胞、上皮型细胞、游走型细胞及多形型细胞,26,(1
11、)成纤维性细胞:细胞体呈梭形或不规则三角形,中央有卵圆形核,胞质向外伸出2-3个长短不同的突起。细胞生长时多呈放射状、火焰状或漩涡状走行。包括成纤维细胞,中胚层间充质起源组织(心肌、平滑肌、成骨细胞、血管内皮等),细胞培养类型,27,(2)上皮型细胞扁平不规则多角形,中有圆形核,细胞紧密相连成单层膜。起源于内、外胚层细胞(皮肤表皮及其衍生物、消化管上皮、肝、胰和肺泡上皮),28,(3)游走型细胞在支持物上散在生长,一般不连接成片。细胞质经常伸出伪足或突起,呈活跃的游走或变形运动,速度快而且不规则。此型细胞不稳定,29,(4)多形型细胞上述三型细胞,神经组织细胞等,30,悬浮型胞体为圆形悬浮在培
12、养液中生长,生存空间大,容许长时间生长,能繁殖多量细胞,便于做细胞代谢等研究。,31,培养细胞的形态结构大体形态:液体环境中,胞体呈圆形;当贴附于支持物表面后,开始为圆形,很快过渡成扁平形态。细胞大体形态可随支持物的构型而改变。普通光镜下,细胞是均质而透明的,结构不明显。相差显微镜可看清细胞的轮廓和内部结构。固定染色法和特殊技术可显示细胞器等结构。,一代生存期:潜伏期、指数增生期和停滞期,32,超微结构:电镜下可见细胞膜、细胞器等。细胞外衣:细胞膜表面常附有由细胞分泌物形成的糖蛋白膜,对细胞的运动和贴附有作用。用胰蛋白酶消化处理细胞,能改变其性质,使细胞易从支持物上脱落下来。,33,培养细胞生
13、长与增殖过程传代 passage/subculture:当细胞增值达到一定密度后,则需要分离出一部分细胞和更新营养液,否则将影响细胞的继续生存。(一)组织培养细胞生命期(二)组织培养细胞一代生存期,34,(一)组织培养细胞生命期,初代培养期primary culture从体内取出组织接种培养到第一次传代阶段,一般持续1-4周。此期细胞呈活跃的移动,可见细胞分裂,但不旺盛。形态相似。细胞群是异质的,也即各细胞的遗传性状互不相同,细胞相互依存性强。传代培养期初代培养期一经传代后便改称做细胞系cell line。此期为三期最长者。可维持二倍体核型(二倍体细胞系)。当传代30-50代后,细胞增殖逐渐缓
14、慢,以致完全停止。,Life span of culture cells,35,衰退期细胞仍然生存,但增殖很慢或不增殖;细胞形态轮廓增强,最后衰退凋亡 少数情况下,在以上三期任何一点(多发生在传代末或衰退期),细胞可能发生自发转化 转化标志:细胞获得永生性(细胞或持久性增殖能力),核型多变成异倍体,36,37,(二)组织培养 细胞一代 生存期,细胞一代从细胞接种到分离再培养时的一段时间。为培养工作中的习惯说法,38,39,体外培养细胞一代增殖生长过程,潜伏期:悬浮状态,胞体呈圆球形。接着是贴附在底物表面上,称为贴壁,贴壁后变成极性细胞。0-24小时指数增生期:增殖旺盛,是进行各种实验最好的和最
15、主要的阶段。接触抑制密度抑制:培养液中营养成分减少,代谢产物增多时,细胞因营养的枯竭和代谢物的影响,发生密度抑制,导致细胞分裂停止。停滞期细胞数量持平,无增值活动,但有代谢活动。此时需传代,40,培养细胞增殖动力学人体细胞有两种基本状态:增殖态、功能态,细胞存在形式和细胞增殖周期关系,41,有丝分裂G1期:细胞分裂后期,蛋白质合成、RNA合成,胞体逐渐增大。有调节点S期:DNA合成期,此阶段,易受致突变或致癌因素作用;遗传物质易受致突变物损伤的时期。G2期:细胞分裂前期,对外界环境敏感,易受影响受阻不能进入M期。M期:细胞有丝分裂期,分四期,(一)增殖态,Proliferation state
16、,42,细胞进行特定功能活动如分泌、传导、吞噬、收缩等的时期,是细胞的第二种生存状态。是两次增殖周期间的间期,或称G0期。,体外培养细胞属活跃增殖细胞,在培养液中营养充分条件下,可反复进行增殖活动,具有较短的G0i期。正常细胞增殖,须提供生长因子;恶性转化细胞可自泌产生生长因子,降低了血清需求。,(二)功能态,Functional state,43,培养细胞遗传学特征核型变化:初代培养时为二倍体细胞,传代后可能长期保持二倍体状态为主,经过长期传代后,会偏离二倍体呈多倍体和异倍体长期不用的细胞或新引入的细胞应做定期核型检查永生化及恶变体外培养的正常细胞的两个主要特征:二倍体核型,增殖生长期有限
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