懸浮細胞文化是一種細胞培養方式,單個細胞或小的細胞聚集體被允許在攪拌的生長介質中運行和增殖,從而形成懸浮液。
懸浮細胞文化是細胞培養的兩種經典類型之一,另一種是附著細胞文化。懸浮細胞文化的歷史與細胞文化的整體歷史密切相關,但在維護方法和商業應用上有所不同。懸浮細胞可以來自均質化的組織或異質細胞溶液,常見於無附著細胞系的培養,如血液細胞、植物細胞和昆蟲細胞。儘管某些細胞系在懸浮中培養,但目前市面上大多數的哺乳動物細胞系都是附著性的。懸浮細胞文化必須進行攪拌以維持細胞的懸浮,並可能需要專門的設備,例如磁力攪拌器、軌道搖床和培養瓶。培養時需要使用含有養分的培養基,並控制細胞密度範圍,以避免細胞死亡。
1885年,威廉·魯克為未來的組織培養奠定了基礎,開發了一種鹽緩衝液,用於維持活細胞(如雞胚)幾天。
1907年,羅斯·格蘭維爾·哈里森發展了體外細胞培養技術,包括改進了懸掛滴技術以培養神經細胞,並在培養過程中引入無菌技術。1910年,蒙特羅斯·湯瑪斯·巴羅斯改進了哈里森的技術,並與亞歷克斯·卡雷爾合作,建立了可在體外維持的多重組織培養,使用新鮮的血漿結合鹽溶液。卡雷爾還開發了第一個已知的細胞系,這是一條來自雞胚心臟的細胞系,持續維持了34年。雖然這條“永生”細胞系的說法後來受到倫納德·海弗里克的挑戰,但這一重大突破啟發了其他科學家創造新的細胞系。1952年,喬治·奧托·蓋及其助手瑪莉·庫比賽克培養了第一條人源的永生細胞系——HeLa細胞,雖然與其他附著細胞系不同,HeLa細胞亦能在懸浮中維持。
所有的初級細胞(直接來自於個體的細胞)必須首先從宿主中移除,使用消化酶進行隔離,並懸浮於培養基中進行培養。然後在懸浮培養中,白血球能夠自然維持在懸浮中而且適應需求,這也讓它們成為懸浮培養的一部分。而大多數的哺乳動物細胞則是附著型的,必須附著於表面才能分裂。對於植物細胞和昆蟲細胞,可以從製造商那裡獲得冷凍保存的細胞,用於建立懸浮培養。
懸浮細胞文化需要經常進行傳宗接代(passaging),以免細胞過度擁擠。
雖然懸浮細胞和附著細胞有很多相似之處,但存在一些關鍵差異。例如,懸浮細胞文化需進行攪拌以避免細胞沉到底部。為此,專門的培養瓶如攪拌瓶和搖瓶已被開發出來。攪拌能讓細胞懸浮在介質中,但也會對細胞產生剪切力,對其生長造成負面影響。
懸浮細胞培養的優勢在於它們不受表面積的限制,能在更大的容器內存在於更大的數量,因此受到廣泛應用。懸浮細胞文化在各類產品的生產中尤為重要,例如抗體、生物製劑、微生物的發酵文化等。
懸浮細胞系的商業應用包括:抗體生產、治療性蛋白質的生成、疫苗研究等。
懸浮細胞文化不僅在歷史上取得了重大突破,並且在當前的生物醫學領域中持續推動著各種創新。它在解剖學、生物製藥、再生醫學等方面的潛能仍在不斷被開發。當我們回顧這些進展時,不禁要問:未來的生物醫學革命還會如何受惠於懸浮細胞文化的發展呢?