細(xì)胞類型、細(xì)胞形態(tài)和觀察細(xì)胞所需的倒置顯微鏡介紹

文章摘要：
哺乳動物細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)主要可以根據(jù)它們的形態(tài)，細(xì)胞類型對其進(jìn)行分類。形態(tài)區(qū)分為：成纖維細(xì)胞或成纖維細(xì)胞樣細(xì)胞，上皮樣細(xì)胞和淋巴細(xì)胞樣細(xì)胞。根據(jù)其來源，可以將細(xì)胞分為永生化細(xì)胞系，原代細(xì)胞和干細(xì)胞（包括患者特異性細(xì)胞）。

哺乳動物細(xì)胞培養(yǎng)是生命科學(xué)的基本支柱之一。 如果沒有在實(shí)驗(yàn)室中培養(yǎng)細(xì)胞的能力，那么細(xì)胞生物學(xué)，免疫學(xué)或癌癥研究等學(xué)科的快速發(fā)展將是不可想象的。 哺乳動物細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)主要可以根據(jù)它們的形態(tài)，細(xì)胞類型對其進(jìn)行分類，此外我們還介紹一下觀看細(xì)胞所需要的顯微鏡的基本信息。

（一）細(xì)胞類型
哺乳動物細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)中的一個(gè)區(qū)別是細(xì)胞類型。 根據(jù)其來源，可以將細(xì)胞分為永生化細(xì)胞系，原代細(xì)胞和干細(xì)胞（包括患者特異性細(xì)胞）。
 

使用中最常見的細(xì)胞類型是永生化的細(xì)胞，這些細(xì)胞要么來源于癌組織，要么已被癌基因轉(zhuǎn)染。 由于其惡性背景，它們會無限期分裂。 這個(gè)事實(shí)使它們非常容易作為細(xì)胞系進(jìn)行培養(yǎng)。 它們也功能強(qiáng)大且價(jià)格適中。

另一方面，應(yīng)該考慮到永生化的細(xì)胞的突變遺傳背景不再非常接近自然，隨著細(xì)胞分裂而發(fā)生遺傳漂移，一個(gè)非常突出的例子是源自宮頸癌的 HeLa 細(xì)胞系。 與正常人細(xì)胞的 46 條染色體相比，它們的細(xì)胞核大約有 80 條染色體。 其他常用的永生細(xì)胞系：HEK，A549，Jurkat，MDCK，COS 或 Vero 細(xì)胞等等。
 

2. 原代細(xì)胞

原代細(xì)胞（primary culture cell）是指從機(jī)體取出后立即培養(yǎng)的細(xì)胞。有人把培養(yǎng)的第1代細(xì)胞與傳10代以內(nèi)的細(xì)胞統(tǒng)稱為原代細(xì)胞培養(yǎng)。此時(shí)的細(xì)胞保持原有細(xì)胞的基本性質(zhì)。原代細(xì)胞比永生細(xì)胞系更難培養(yǎng)。 存活率很低，很多沒有分裂。分離的原代細(xì)胞有兩種類型：

• 貼壁細(xì)胞/錨定依賴細(xì)胞 — 需要附著生長的細(xì)胞稱為錨定依賴細(xì)胞。貼壁細(xì)胞主要來自器官組織（如腎臟），在那里它們不能移動并嵌入結(jié)締組織中。

• 懸浮細(xì)胞/錨定獨(dú)立細(xì)胞 — 不需要附著即可生長或不附著于培養(yǎng)容器表面的細(xì)胞稱為錨定獨(dú)立細(xì)胞 / 懸浮細(xì)胞。所有懸浮培養(yǎng)物均來自血液系統(tǒng)的細(xì)胞（因?yàn)檫@些細(xì)胞在體外懸浮于血漿中，例如淋巴細(xì)胞）。

圖 2：原代神經(jīng)元細(xì)胞培養(yǎng)

原代細(xì)胞與永生化細(xì)胞系的比較

性質(zhì)	原代細(xì)胞	永生化細(xì)胞系
壽命和細(xì)胞增殖	是有限的（即限于較少次數(shù)的細(xì)胞分裂）	是無限的，
一致性	捐贈者和制劑之間存在差異	差異很小
遺傳完整性	通過細(xì)胞倍增保留體內(nèi)組織遺傳組成	隨著細(xì)胞分裂而發(fā)生遺傳漂移（未知突變）
生物學(xué)相關(guān)性	較接近地模仿體內(nèi)細(xì)胞的生理學(xué)	即使在高代次，也能夠相對維持細(xì)胞在體內(nèi)的生物學(xué)特性
易于使用性（凍融和使用）	需要優(yōu)化的培養(yǎng)條件和謹(jǐn)慎處理	成本相對低廉，容易培養(yǎng)
花費(fèi)的時(shí)間和費(fèi)用	需要較多時(shí)間和較少細(xì)胞	需要較少時(shí)間和較多細(xì)胞

3 . 干細(xì)胞
干細(xì)胞是人體的原始細(xì)胞。它們可以從非專用細(xì)胞分化為具有專用特征和功能的專用組織細(xì)胞。因此，它們分為幾類。多能干細(xì)胞是用途最廣泛的干細(xì)胞，能夠分化為任何種類的人體細(xì)胞。與多能干細(xì)胞相比，多能干細(xì)胞顯示出有限的分化范圍。雙能干細(xì)胞只能發(fā)育成兩種不同的細(xì)胞類型。干細(xì)胞除了分化成特殊的細(xì)胞類型外，還可以自我更新。

干細(xì)胞的來源各不相同，通常胚胎干細(xì)胞它們是從胚胎中獲得的�？梢詮哪承┙M織中提取其他組織，例如骨髓中含有血液干細(xì)胞。這些類型的細(xì)胞稱為「組織特異性」或「成人」干細(xì)胞。出于道德倫理角度考慮，很難從活的動物或人類身上獲得干細(xì)胞。這就是為什么誘導(dǎo)已經(jīng)分化的人體細(xì)胞轉(zhuǎn)化為干細(xì)胞的機(jī)會引起了很多興趣。僅用四個(gè)基因（c-Myc，klf- 4，oct- 4，sox- 2）轉(zhuǎn)染即可對體細(xì)胞進(jìn)行重編程，從而產(chǎn)生所謂的誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPSC）。

尤其是在臨床環(huán)境中，iPSC 非常重要，因?yàn)檠芯咳藛T能夠獲得疾病特異性甚至患者特異性的細(xì)胞來找到治療方法。這種個(gè)性化的藥物有望帶來非常有效的療法。

（二）細(xì)胞形態(tài)
哺乳動物細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)可以根據(jù)幾種不同的特征進(jìn)行細(xì)分。最明顯的是它們的形態(tài)，由于顯微鏡的出現(xiàn)，人們可以區(qū)分成纖維細(xì)胞或成纖維細(xì)胞樣細(xì)胞，上皮樣細(xì)胞和淋巴細(xì)胞樣細(xì)胞。
 

1. 成纖維細(xì)胞或成纖維細(xì)胞樣細(xì)胞是雙極或多極的，并呈細(xì)長形（圖 3）。成纖維細(xì)胞胞體呈梭型或不規(guī)則三角形，中央有卵圓形核，胞質(zhì)突起，生長時(shí)呈放射狀。除了真正的成纖維細(xì)胞外，凡由中胚層間充質(zhì)起源的組織，如心肌、平滑肌、成骨細(xì)胞、血管內(nèi)皮等常呈本型狀態(tài)。另外，凡在培養(yǎng)中細(xì)胞的形態(tài)與成纖維類似時(shí)皆可稱之為成纖維細(xì)胞。體外培養(yǎng)的成纖維細(xì)胞多為梭形、多角形和扁平星形等，其形態(tài)尚可依細(xì)胞的功能變化及其附著處的物理性狀不同而發(fā)生改變。處于成熟期或稱靜止?fàn)顟B(tài)的成纖維細(xì)胞，胞體變小，呈長梭形，粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基復(fù)合體均不發(fā)達(dá)。它具有較強(qiáng)的分裂增殖能力，適應(yīng)性強(qiáng)，是最容易培養(yǎng)的動物細(xì)胞類型之一。
 

2. 上皮樣細(xì)胞具有多邊形形狀，通常顯示出更規(guī)則的尺寸。它們生長在離散的貼片上附著在基底上（圖 3）。這些細(xì)胞的胞核呈圓形或卵圓形，染色質(zhì)少，甚至可呈空泡狀，核內(nèi)可有1～2個(gè)核仁，胞漿豐富，染成淺紅色。根據(jù)其形態(tài)與上皮細(xì)胞相似，故稱類上皮細(xì)胞，也叫上皮樣細(xì)胞。此細(xì)胞來源于血液單核細(xì)胞或組織巨噬細(xì)胞。
 

3. 淋巴母細(xì)胞樣細(xì)胞呈球形，通常在懸浮液中生長（圖 3）。與成纖維細(xì)胞或上皮樣細(xì)胞相反，它們不附著在表面上。淋巴母細(xì)胞樣細(xì)胞的一個(gè)很好的例子是血細(xì)胞。
 

成纖維細(xì)胞（左）具有雙極或多極形狀。    上皮樣細(xì)胞（中）顯示出更規(guī)則的尺寸，而淋巴母細(xì)胞樣細(xì)胞   （右）則呈圓形并在懸浮液中生長
圖 3：哺乳動物細(xì)胞可以根據(jù)其形態(tài)進(jìn)行區(qū)分。

（三）細(xì)胞培養(yǎng)和顯微鏡
當(dāng)我們談到細(xì)胞培養(yǎng)用的顯微鏡時(shí)，該顯微鏡必須具備某些基本特征——倒置顯微鏡。 在這種倒置顯微鏡配置中，物鏡安裝在培養(yǎng)皿下方，培養(yǎng)皿放置在顯微鏡平臺上，聚光鏡安裝在上方。 只有通過這種設(shè)置，物鏡才能足夠接近樣品。 此外，通過這種構(gòu)造，研究人員在樣品周圍具有更多的自由空間（圖 4）。
 

圖 4：只有倒置顯微鏡（物鏡在樣品下方，聚光鏡在上方）才能保證物鏡離樣品足夠近。 此外，這種設(shè)置需要在標(biāo)本上方留出更多空間，因此可以將整個(gè)細(xì)胞工廠放在工作臺上。
 

借助于顯微鏡，研究人員可以判斷細(xì)胞數(shù)量和融合度（圖 5）。
 

圖 5：細(xì)胞匯合度表示為細(xì)胞過度生長的面積百分比。 這些圖像從左到右顯示：15% 融合，60% 融合和 100% 融合。