发布日期：2023年 | 最后审阅日期：2026年5月

细胞培养简介

什么是细胞培养？

细胞培养是指在受控的实验室条件下，将细胞维持并培养在其来源生物体之外的过程。为了保持细胞的存活能力，必须为其提供能够满足其代谢需求的环境。这通常包括合适的培养基、适宜的温度、规定的二氧化_碳浓度、足够的湿度以及无菌操作条件。

在教学和研究中，细胞培养提供了一个简化的系统，可直接观察细胞的行为。可以通过监测细胞的生长、形态、存活率及其对营养物质、药物或病原体等外部因素的反应来研究细胞。由于周围环境的控制比在整个生物体内更为精确，细胞培养非常适合用于介绍基本的实验原理和实验室工作流程。

“细胞培养”一词涵盖了广泛的系统。其中包括原代细胞、永生化细胞系、干细胞、共培养、球体和类器官。尽管这些系统的复杂程度和目的各不相同，但它们都基于同一基本原理：即在体外的人工环境中维持细胞，以支持其存活和实验应用。

细胞培养是生命科学许多领域的标准方法。它用于研究细胞如何生长、通信、分化以及如何响应特定条件。对于学生而言，这也是学习实验生物学的一个有用入门途径，因为许多基本概念，如无菌操作、可重复性、对照组和实验记录，都可以通过细胞培养工作直接掌握。

在考虑更复杂的模型系统之前，通常会先采用细胞培养。它使研究人员能够在受控条件下检验假设、探究细胞机制，并评估化合物或环境变化的影响。由此，细胞培养可作为理论知识与更复杂的生物模型之间的过渡环节。

其重要性不仅限于基础研究。细胞培养技术广泛应用于生物技术、毒理学、病毒学、药物研发、疫苗研究及再生医学领域。因此，对细胞培养的基本了解在许多科学和技术场景中都大有裨益。

体外系统具有若干实际优势。细胞培养的主要优势之一在于其高度可控性。研究人员可以在相对标准化的环境中设定培养条件、调整各项变量，并观察细胞反应。这使得实验更易于重复，并有助于聚焦于具体的生物学问题。

另一优势在于灵活性。研究人员可根据研究目标选择不同类型的细胞和模型系统，范围从稳健的永生化细胞系，到更具生理相关性的原代细胞，乃至先进的三维培养体系。在许多情况下，细胞培养还为后续转向更复杂的实验模型提供了有用的筛选和假设验证的第一步。

与此同时，体外系统也存在重要局限。培养中的细胞无法完全再现活体组织或整体生物体的复杂性。它们脱离了自然微环境，在体外可能表现出不同的行为。诸如组织结构、免疫影响、全身性信号传导以及许多细胞间相互作用等特征，往往缺失或仅部分体现。

因此，细胞培养的结果必须结合具体背景进行解读。体外模型之所以有用，正是因为它们简化了生物系统，但这种简化同时也限制了其能够呈现的内容。

尽管具体细节因细胞类型和实验目的而异，但大多数细胞培养工作都遵循若干常规步骤。培养通常始于从供应商处接收细胞或从低温储存中解冻细胞。随后将细胞转移至新鲜培养基中，接种到合适的培养容器内，并置于适宜的培养条件下。

在常规维护期间，需定期通过显微镜观察培养物，以评估其形态、生长状况及整体健康状态。根据需要更换培养基以维持稳定的环境。当细胞达到适宜密度时，需进行传代（也称为分代培养），以便其在适当条件下继续生长。根据培养类型不同，这可能涉及将贴壁细胞从表面剥离，或将悬浮细胞稀释至新鲜培养基中。

其他常规步骤可能包括计数、活力评估、污染检测、冷冻保存及记录保存。对于初学者而言，将细胞培养理解为一系列相互关联的任务（共同支撑稳定且可重复的工作流程），而非单一技术，会更有助于理解。

基础细胞培养工作流程。
细胞通常保存在冷冻管中并处于冷冻状态。解冻后，细胞会被接种到小型培养容器中，并通过显微镜进行定期观察。当细胞汇合度达到约80%时，会将其传代至多个容器中，以维持最佳生长条件并防止过度拥挤。这一扩增周期将持续进行，直至获得足够数量的细胞以满足预期应用需求。

细胞培养中最早需要区分的实用概念之一，就是细胞是以贴壁培养还是悬浮培养的形式生长。贴壁细胞需要附着于表面才能存活和增殖。它们通常生长在经处理的塑料表面上，如培养瓶、培养皿或多孔板，常见于源自实体组织的细胞。其附着特性使其易于在显微镜下观察，并允许用户在生长过程中估算汇合度。

相比之下，悬浮细胞在培养基中自由生长，不附着于任何表面。这类细胞通常源自血液或其他非实体组织，尽管某些经过适应的细胞系也可在悬浮状态下维持。对于这类培养，细胞密度和存活率往往比汇合度更具参考价值。

贴壁与悬浮生长方式的差异影响着工作流程的多个环节。贴壁细胞在传代时通常需要进行脱附步骤，而悬浮细胞则通常通过稀释或分割细胞悬液来维持。因此，识别所使用的培养类型是选择适当操作策略的首要步骤之一。

贴壁细胞与悬浮细胞培养的比较。
贴壁细胞需要附着于表面，通常以单层形式生长，其生长情况主要通过细胞汇合度这一关键参数进行监测。相比之下，悬浮细胞无需附着于表面，可在培养基中自由生长，通常根据细胞密度进行评估。这些差异会影响常规操作，包括传代和培养维护。