在合适的环境中,大多数植物和动物细胞都能够生存、复制,甚至可以在组织培养皿中表现出各种分化的性质。可以在显微镜下连续观察细胞,或者分析它们的生物化学性质,研究加入或除去像激素、生长因子这样的小分子对它们产生的影响。除此之外,通过混合两种细胞,可以研究它们的相互作用。有时候,在培养的细胞上进行的实验叫做体外实验(in vitro,字面意思是“在玻璃仪器中”),以便与在完整生物体中进行的体内实验(in vivo,字面意思是“在活的生物体内”)相区别。但是,因为生物化学家这些术语表达完全不同的意思,所以很容易混淆。在生物化学实验室中,in vitro指的是在非细胞体系的试管中进行的反应,而invitro。指的是在活细胞中发生的反应(哪怕是培养的细胞)。

组织培养开始于1907年一个为解决神经生物学的一场争论而进行的实验,为的是检验叫做神经元学说的假说。神经元学说认为每一条神经纤维都是一个单个神经细胞长出来的,而并非多个细胞融合而成的。为了检验这个观点,人们把脊髓小块置于温暖、潮湿的小室中的组织液凝块上,按照固定的时间间隔在显微镜下观察。过了一天左右,可以看到单个神经细胞伸出细长的纤维,伸人凝块中。于是,神经元学术得到了有力的支持,细胞培养的基础也由此建立。

神经纤维的早期实验所用的小块组织碎片叫做外植体。今天,细胞培养更多是从用前面所介绍的方法进行组织破碎获得的细胞悬液培养而来的。与细菌不同,大多数组织细胞不能适应悬浮生活,需要有固体表面的支持才能进行生长和分裂。对于细胞培养来说,这种支持通常由塑料组织培养皿的表面提供。不过,不同细胞的要求有所不同,许多细胞如果培养皿不包括特定的细胞问质组分(如胶原蛋白或层粘连蛋白),就不能生长和分化。

从一个生物体的组织中直接制备的细胞培养,也就是说没有经过体外增殖,叫做初级细胞培养。这种细胞培养可以经过或不经过不同种类细胞的分选步骤而获得。在大多数情况下,初级细胞培养可以从培养皿中转移进行大量的扩增,得到所谓的次级细胞培养,可以连续培养数周或数月。这些细胞常常表现出与它们的来源相符的许多分化的特征:成纤维细胞不断分泌胶原蛋白;胚胎骨骼肌来源的细胞融合,形成肌纤维,能在培养皿中自发收缩;神经细胞生长出具电敏感性的轴突,并与其他神经细胞建立突触联系;上皮细胞形成大量具有很多完整表皮形状的片层(图8—4)。因为这些现象发生在培养过程中,所以可以对它们进行对完整的组织无法进行的研究。


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