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【趣味科普】第十一期:這項技術,讓細胞貼壁培養更容易、更持久!

時間:2021-03-12        來源:

人類對生命的探索從未止步。


細胞,作為人體結構和生理功能的基本單位,是探索生命體的重要實驗對象。通過對小小的細胞進行研究,人們得以窺見生物的大世界。

每天,都有無數細胞參與到科研中,可是,那么多的細胞從哪兒來呢?


答案是:通過細胞培養。

不論是對于整個生物工程技術,還是其中之一的生物克隆技術來說,細胞培養都是一個必不可少的過程。


科學家們利用細胞的“生長繁殖”功能,能夠培育出成千上萬的細胞,他們被裝在試驗器皿中,隨時為實驗準備著。

細胞培養,是對細胞進行實驗的前提與基礎,如果沒有足夠多的細胞作為實驗對象,科學家恐怕也是“巧婦難為無米之炊”!

01


細胞貼壁是怎么一回事?


其實,培育細胞跟培育樹苗有著異曲同工之處:


一粒種子,長成大樹,如果我們想要得到更多樹苗,我們可以通過移植來獲得小樹苗;

一個細胞,繁殖出了很多細胞,可是許多細胞的繁殖是有時間周期和上限的,如果我們想得到更多生命力旺盛的細胞,就可以通過傳代培養來實現:

將培養物分割成許多小部分,重新接種到另外的培養器皿中,在進行培養的過程,就叫細胞的傳代培養。


而代傳的方法則包括:懸浮生長細胞傳代、半懸浮生長細胞傳代(Hela細胞)和貼壁生長細胞傳代。

看到這里,你便知道,細胞貼壁是什么意思了,原來,細胞貼壁是培育細胞的一種方法。

02


細胞培養耗材“眾口難調”


當我們把細胞分割成許多小部分時,就需要給它們找“新家”,以此作為它們繁殖生長的“落腳點”。


在實驗室中,科學家通過板、瓶、皿等容器來給細胞們“安家”,可以說這些器材,是細胞生長繁殖的“伊甸園”,是實驗室常見的消耗品。

由于細胞種類眾多,環境適應能力各異,研究者的需求也不盡相同,所以細胞培養器皿的功能可謂“眾口難調”。


比如,對于淋巴細胞、人白血病細胞K-562等懸浮細胞培養而言,普通的聚苯乙烯基材器皿即可滿足條件;

但是,對于成纖維型細胞、上皮型細胞等貼壁細胞培養而言,則需要對基材進行親水表面處理,以實現細胞的貼壁生長。

也許你會問,難道用普通的器皿,細胞就不能貼壁生長了嗎?


事實的確是這樣,許多動物細胞的體外培養,往往需要錨定在某種特殊的表面介質,包括細胞外基質提取物、多肽,及經過特殊處理的塑料、玻璃表面等,才能長效生長;

很多普通器材,不能滿足細胞貼壁的條件,會導致細胞停止分裂,甚至死亡。

03


等離子體表面改性技術


讓細胞貼壁培養更高效

要讓細胞更好的“貼壁”,一直以來都是一個需要解決的問題。


由于我國生命科學領域研究相對歐美國家起步較晚,高端生物培養用塑料耗材主要依賴進口,包括美國康寧、賽默飛世爾在內的行業巨頭,占領了近95%的市場份額。

尤其是在半貼壁細胞及干細胞等難養細胞的培養等高端應用領域,國內的大部分企業僅能生產普通親水系列的產品,長效超親水的細胞培養產品基本依賴進口。


但是,武漢先進院前瞻研發中心等離子體項目研發團隊,通過自主研發的等離子體增強親水改性技術,實現了細胞的超貼壁培養。

這一技術的原理是:通過團隊自主研發的射頻等離子體設備與處理工藝,使聚苯乙烯表面的水接觸角由原先的90°降至10°以下。


【趣味科普】第三期:超疏水材料,出淤泥而不染 一文中,我們曾詳細解釋過接觸角的概念,感興趣的朋友可點擊查閱。

簡而言之:接觸角越小,細胞與器皿的貼壁越緊密。

在顯微鏡的觀察下,未處理的培養皿會發生明顯的細胞成團現象,而經增強親水處理后的培養皿能有效促進細胞在其表面的粘附。


293t細胞培養24h后的顯微鏡下對比圖:(a) 未經表面處理的培養皿;(b)增強親水處理后的培養皿


 


經過這一等離子體增強親水技術處理的實驗器皿,接觸角小于10°、在模擬環境下親水時間可達12個月以上,部分指標可以對標賽默飛世爾的超親水培養系列產品,用國產技術替代進口產品并非夢想。


生命探索永不止步,愿所有科學家都能用上國產實驗器皿,進行超親水細胞超貼壁培養;“巧婦有米”,科研大餐指日可待!

參考文獻:


[1]劉梅芳,徐國恒, 細胞體外培養時為什么會貼到培養皿壁上。生物學通報。2007,42(9):54。

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