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取自实验小鼠胚胎的组织(如肺等)通常可以像培养的单细胞一般生长良好,并形成“原代培养物”
,但它们通常寿命有限,在经过50轮左右的细胞分裂后将逐渐死亡。
从固体组织中分离的细胞需要附着在塑料器皿的表面才能继续生长并完成细胞分裂。
但通常情况下,存在于血液中的血细胞则不需要附着于器皿表面,而是通过“悬浮”
的方式进行培养。
细胞通常以单一类型的方式进行培养,但混合的细胞培养物(如从骨髓中分离出的细胞集群)也可以成功存活,同时还能如在体内一般保持细胞间的相互作用。
当一小块组织被切下并置于培养条件下时,最先开始生长的细胞是生物体内可对损伤做出响应的细胞,即成纤维细胞(fibroblast)。
成纤维细胞是组成我们身体结构框架的结缔组织(如韧带和筋腱)的重要成员。
当机体受到损伤后,成纤维细胞可以将伤口的边缘聚拢,同时分泌出胶原蛋白以形成疤痕组织。
在体外培养时,成纤维细胞呈现出长而薄的形状,当其在培养器皿表面移动时,细胞的前部会伸出并呈扇形展开(如图3c所示)。
几天之内,连续几轮的细胞分裂将导致细胞培养瓶的表面变得越发拥挤,当培养瓶没有足够的空间提供给新分裂的细胞时,细胞分裂将会停止。
这被称为密度依赖的细胞生长抑制,是正常细胞所具有的特征,而从肿瘤中分离的细胞则不具备这一特性。
当发生密度依赖的生长抑制时,我们需要对细胞进行传代,并将细胞以较低的密度接种于新的培养瓶中。
原代细胞在经过约50次分裂后就会死亡,这给大多数实验带来时间限制的不便,因此,研究人员往往更喜欢使用能无限次分裂的“永生”
细胞系(通常来源于肿瘤)进行实验。
图3细胞的类型及其形状
a.造血(血液)干细胞(haemopoieticstemcell),呈球形;b.上皮细胞(epithelialcell),呈多边形;c.成纤维细胞(fibroblast);d.脂肪细胞(adipocytefatcell);e.通过触手吸食草履虫的奇异枝吸管虫
图a~d中的细胞均通过组织培养的方式生长。
其中脂肪细胞的表面较为光滑,不过其他类型的细胞更为典型,即表面具有膜皱褶以及指状延伸(微绒毛)。
图d中左下角的圆形细胞为正常细胞,从图中可以看出脂肪细胞与正常细胞之间的大小差异
海拉细胞——第一个永生的人类细胞系
虽然永生的人类细胞系通常来源于肿瘤,但众所周知,肿瘤活检标本的原代培养体系极难建立,其成功率仅为1%。
第一个人类永生细胞系由美国巴尔的摩的乔治·盖伊(Geey)于1951年成功建立,即海拉细胞。
海拉细胞的名字取自细胞的来源——位名叫亨丽埃塔·莱克斯(HeaLacks)的女士的宫颈肿瘤活检标本。
亨丽埃塔的病情确诊于约翰·霍普金斯医院。
在1951年,约翰·霍普金斯医院是美国为数不多的几家可以接待无医疗保险的黑种人就诊的医院之一。
在当时,尽管世界各地的研究者都在尝试对肿瘤细胞进行培养,却无一例细胞的存活时间可以超过几天,而亨丽埃塔的肿瘤细胞在数天内就成倍增长。
但与此同时,亨丽埃塔体内的肿瘤也呈现出快速生长的特点,很快便扩散至全身。
不过数月,亨丽埃塔便因此去世了。
亨丽埃塔的肿瘤细胞培养成功的消息很快传遍了整个细胞生物学界。
为了满足全世界对第一个永生人类细胞系的需求,塔斯基吉研究所开始批量生产海拉细胞,每周运送20000管细胞(6万亿个细胞)至世界各地。
也就是说,每隔几个月,就有数量多达可以形成亨丽埃塔本人的细胞离开生产线。
海拉细胞通常被用于那些无法在人体中完成的实验。
这些细胞被充分暴露于各种可能对肿瘤产生毒性的药物中,或者经过各种辐射、毒素与病毒的处理。
在大多数情况下,海拉细胞与其他不同种类的哺乳动物细胞具有相似的反应,更重要的是,这证明了人类细胞的培养并没有任何独特之处。
亨丽埃塔的细胞已经在世界各个角落生长了半个多世纪的时间,如果将世界各地的海拉细胞集合起来,组装成一个个亨丽埃塔(仅以海拉细胞构建),那么她们的数量甚至可以达到亨丽埃塔故乡的人口总数。
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