从历史到现代:悬浮细胞文化如何引领生物医学革命?

悬浮细胞文化是一种细胞培养方式,单个细胞或小的细胞聚集体被允许在搅拌的生长介质中运行和增殖,从而形成悬浮液。

悬浮细胞文化是细胞培养的两种经典类型之一,另一种是附着细胞文化。悬浮细胞文化的历史与细胞文化的整体历史密切相关,但在维护方法和商业应用上有所不同。悬浮细胞可以来自均质化的组织或异质细胞溶液,常见于无附着细胞系的培养,如血液细胞、植物细胞和昆虫细胞。尽管某些细胞系在悬浮中培养,但目前市面上大多数的哺乳动物细胞系都是附着性的。悬浮细胞文化必须进行搅拌以维持细胞的悬浮,并可能需要专门的设备,例如磁力搅拌器、轨道摇床和培养瓶。培养时需要使用含有养分的培养基,并控制细胞密度范围,以避免细胞死亡。

历史

1885年,威廉·鲁克为未来的组织培养奠定了基础,开发了一种盐缓冲液,用于维持活细胞(如鸡胚)几天。

1907年,罗斯·格兰维尔·哈里森发展了体外细胞培养技术,包括改进了悬挂滴技术以培养神经细胞,并在培养过程中引入无菌技术。 1910年,蒙特罗斯·汤玛斯·巴罗斯改进了哈里森的技术,并与亚历克斯·卡雷尔合作,建立了可在体外维持的多重组织培养,使用新鲜的血浆结合盐溶液。卡雷尔还开发了第一个已知的细胞系,这是一条来自鸡胚心脏的细胞系,持续维持了34年。虽然这条“永生”细胞系的说法后来受到伦纳德·海弗里克的挑战,但这一重大突破启发了其他科学家创造新的细胞系。 1952年,乔治·奥托·盖及其助手玛莉·库比赛克培养了第一条人源的永生细胞系——HeLa细胞,虽然与其他附着细胞系不同,HeLa细胞亦能在悬浮中维持。

方法与维护

分离细胞和建立培养

所有的初级细胞(直接来自于个体的细胞)必须首先从宿主中移除,使用消化酶进行隔离,并悬浮于培养基中进行培养。然后在悬浮培养中,白血球能够自然维持在悬浮中而且适应需求,这也让它们成为悬浮培养的一部分。而大多数的哺乳动物细胞则是附着型的,必须附着于表面才能分裂。对于植物细胞和昆虫细胞,可以从制造商那里获得冷冻保存的细胞,用于建立悬浮培养。

实验室中的悬浮细胞文化维护

悬浮细胞文化需要经常进行传宗接代(passaging),以免细胞过度拥挤。

虽然悬浮细胞和附着细胞有很多相似之处,但存在一些关键差异。例如,悬浮细胞文化需进行搅拌以避免细胞沉到底部。为此,专门的培养瓶如搅拌瓶和摇瓶已被开发出来。搅拌能让细胞悬浮在介质中,但也会对细胞产生剪切力,对其生长造成负面影响。

商业应用的悬浮细胞文化

悬浮细胞培养的优势在于它们不受表面积的限制,能在更大的容器内存在于更大的数量,因此受到广泛应用。悬浮细胞文化在各类产品的生产中尤为重要,例如抗体、生物制剂、微生物的发酵文化等。

悬浮细胞系的商业应用包括:抗体生产、治疗性蛋白质的生成、疫苗研究等。

总之,悬浮细胞文化不仅在历史上取得了重大突破,并且在当前的生物医学领域中持续推动着各种创新。它在解剖学、生物制药、再生医学等方面的潜能仍在不断被开发。当我们回顾这些进展时,不禁要问:未来的生物医学革命还会如何受惠于悬浮细胞文化的发展呢?

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