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细胞培养培养基(基础培养基、血清、无血清培养基、抗...3

2020.9.01

许多PNS类型的神经元在离体状态时表现出简单的营养需求,只需提供单一的营养因子就足以使其在低密度时增殖。例如,大鼠交感神经元仅需NGF即能存活,在其生存期间,这些神经元可在严格局限条件下生长好几个月(即在无血清培养基中、或缺乏胶质细胞、或在化学限定基质上)。有证据表明NGF是活体中交感神经元存活的生理调节因子。然而,交感神经元也对来自胶质细胞的神经营养因子(GDNF)有反应,还有 NT3、LIF与CNTF也对其有作用。在不产生GDNF或NT3的动物中,交感神经元会有损伤。在离体与活体营养需求之间的差别或许可以用在不同环境中 NGF含量和分布的不同来解释,培养中的NGF弥散在整个环境中,而在活体内,大部分区域的含量是有限的。因此,NGF的重要性在于其合适的浓度。尽管在大多数实验中已经习惯了营养因子的最大效应使用量,其他营养因子的协同效应在亚优剂量下更容易观察到。此外,高浓度的营养因子可使细胞更能抵抗毒剂以及其他压力。相应的,低浓度的营养因子可能用来检查表现型,例如对自由基或氨基酸的毒性刺激剂量的反应。有许多其他的PNS培养系统只需单一营养因子就可使有实用价值的细胞保持在一定比例,广为人知的有雏鸡睫状自主神经节神经元和大鼠背根神经节感觉神经元。不过,这些模型也有局限性。例如,培养中的睫状神经节的神经元加入CNTF时,超过90%的神经元能存活一个很长时期,但并未有迹象表明它属于内源的靶细胞来源的营养因子,而是有争论的相关分子,GPA,扮演了这一角色。大鼠背根神经节含有好几种细胞群体,其中小细胞群、包括nocioceptive cell,对NGF有反应,但其他神经元,例如大细胞群中的proprioception 却对不同的神经营养因子有反应。因此,在大多条件下培养物的生长并不能忠实反映亲代群体的所有特性,这一问题在CNS的细胞培养中特别突出,因为已有的经验表明,没有一种培养基能适合于所有类型及亚类的神经细胞的生长。

现有的证据已表明,CNS神经元的营养需求比PNS的更复杂。对脊髓运动神经元与视网膜节细胞神经元的研究表明,这些神经元与外周神经元相比能对更为广泛的营养因子起反应。例如,至少发现了15种不同的分子可在离体条件下增加神经元的存活。而且,已观察到运动神经元与视网膜对任何单独的营养因子的存活反应,与PNS中所观察到的典型反应相比,都要小得多。因此,大多数影响运动神经元及视网膜节细胞的营养因子仅仅只能支持神经元的亚群,而神经元的最佳存活要求诸多因子的结合。在视网膜节细胞的培养中,因子的最佳组合(如BDNF、CNTF、IGF、 bFGF)包括了来自不同生长因子家族的代表。这一结果的普遍性尚待进一步的证实,但敲除单一的营养因子基因之后,没有表现出对CNS大多类群的神经元的存活产生太大影响,这一观察与上述的事实是一致的。现已知少突胶质细胞的长期存活也需要众多营养因子的相互作用。

抗生素

在细胞培养中最常用的抗生素是青霉素(常用浓度是25~100ui/ml)与链霉素(25~100μg/ml)。这两种抗生素常混合使用。在一些实验室里,它们常规加入所有的培养基中。庆大霉素(10~100μg/ml)通常有广谱抗菌效应,并具有溶液稳定性,故也被一些实验室使用,特别是当有低水平的污染存在时更是这样。以上这些试剂对霉菌与酵母菌的污染均无效。

尽管很多实验室在细胞系的培养基中常规加入抗生素作继代培养,但仍建议不要在原代培养中加入抗生素,其理由之一是获得的细胞是无菌的,原代培养时的细菌污染很少发生。其次,尽管认为抗生素对细胞代谢的影响可忽略,但最好避免使用它们,以免细胞生长环境的不稳定。最重要的是要意识到培养中主要污染物的类型,它们通常暗示了问题的来源。

抗有丝分裂剂

某些DNA合成抑制剂对分裂细胞有毒,但对没有DNA合成的细胞仅有轻微影响。由于神经元通常缺乏 DNA合成能力,因此对抗有丝分裂剂没有多大反应。这样的试剂常常用于神经元的培养,以消除或减少非神经元群体。若要杀死所有的非神经元细胞,可以先加入血清或生长因子来保证有高比例的非神经元细胞进行DNA合成,此时再加入抗有丝分裂剂。但是,某些细胞在它的细胞周期的某些时相时对抗有丝分裂剂是不敏感的。不过,可以重复的将抗有丝分裂剂使用于增殖的细胞群体。在CNS神经元的培养中抗有丝分裂剂常常在星形细胞形成单层后加入,此时,星形细胞由于接触抑制而终止了DNA的合成(即细胞停止增殖),它们不会因抗有丝分裂剂的加入而死亡。原代培养中用这种方法阻止成纤维细胞的过度增殖是十分必要的。有两种抗有丝分裂剂常用于神经元的培养:Fluorodexyuridine,是胸苷合成酶抑制剂,一般使用浓度为~10μM。尿苷(10μM)也常使用,可阻止不分裂细胞的RNA合成。另外,阿糖胞苷也常被使用,其使用浓度为5~50μM。使用任何一种抗有丝分裂剂,都必须考虑它的神经原毒性,应该确定最低效应的使用浓度。阿糖胞苷在很低的浓度下,也会对某些种类的神经元有毒性,可以造成特定神经原的死亡。其他的抗有丝分裂剂尚未表现出这种毒性。

培养的保持

培养物是应该保持在孵箱中的。孵箱可以自动将O2与CO2混合很快达到培养基的设计要求,空气中的氧浓度比血液和脑脊液中要高得多。对于某些细胞的生长,包括神经原,应使氧含量处在一个较低的水平。可以用孵箱达到这个标准,但这样的孵箱并未广泛使用。

高湿度可避免培养皿中培养基的蒸发,保持孵箱中的湿度通常是在箱底部放上一大盆水,这水应该经常换,乘水容器应经常消毒以防霉菌生长。若孵箱曾被霉菌孢子严重污染过,那么要想完全去除污染则会非常困难。当培养物必须要长期保持在孵箱中时,应采用较少培养基的瓶、皿,且将盖子盖紧以避免蒸发,或采用相应的按比例供空气的孵箱。



温度的精确调节应定期检查,孵箱温度常设置为37℃或较低温度。细胞在低温时可有较长时间的忍耐限度,但当温度升至39℃时,几小时内即死亡。

维持培养物的最佳方案常常改变。例如培养胶质细胞时,要经常换液以使其增殖达到最大。而在培养某些神经原时,则要求尽可能少的换液,神经原在两次换液之间的条件下长的最好。大脑皮质的培养要求在不换液的情形下维持一个月以上。另一方面,象海马神经原那样的细胞,倚赖于条件培养基,若换液太频繁细胞就会衰退,此时,可采用1/3或1/2换液的方式。


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