细胞培养

细胞培养是细胞在受控条件下（通常在其自然环境之外）生长的过程。感兴趣的细胞已被后从活组织中分离出来，他们随后可以严格控制的条件下维持。这些条件因每种细胞类型而异，但通常由合适的容器组成，该容器带有底物或培养基，可提供必需的营养素（氨基酸、碳水化合物、维生素、矿物质）、生长因子、激素和气体，并调节理化环境（pH缓冲液、渗透压、温度）。大多数细胞需要表面或人工底物（贴壁或单层培养），而其他细胞则可以自由漂浮在培养基中（悬浮培养）生长。大多数细胞的寿命是由遗传决定的，但是一些细胞培养细胞已经“转化”为永生细胞，如果提供了最佳条件，它们将无限期繁殖。

实际上，术语“细胞培养”现在是指来源于多细胞真核生物的细胞，特别是动物细胞的培养，与其他也能生长细胞的培养类型相反，例如植物组织培养、真菌培养和微生物培养。细胞培养的历史发展和方法与组织培养和器官培养有着密切的联系。病毒培养也与病毒相关，以细胞为宿主。

动物细胞系的大规模培养是生产病毒疫苗和其他生物技术产品的基础。人干细胞的培养用于扩大细胞数量，并将细胞分化为各种体细胞类型以进行移植。干细胞培养还用于收获干细胞释放的分子和外来体，以达到治疗发展的目的。

通过重组DNA（rDNA）技术在动物细胞培养中产生的生物产品包括酶、合成激素、免疫生物学（单克隆抗体、白介素、淋巴因子）和抗癌剂。尽管可以在细菌培养物中使用rDNA产生许多更简单的蛋白质，但是目前必须在动物细胞中制备糖基化（碳水化合物修饰）的更复杂的蛋白质。这种复合蛋白的重要例子是促红细胞生成素激素。生长哺乳动物细胞培养物的成本很高，因此正在进行研究以在昆虫细胞或高等植物中产生这种复杂的蛋白质，使用单个胚胎细胞和体细胞胚作为通过粒子轰击，转运基因表达和共聚焦显微镜观察是其应用之一。它还提供了确认体细胞胚的单细胞起源和xxx次细胞分裂的不对称性，从而启动了这一过程。

细胞培养也是细胞农业的一项关键技术，其目的是提供新产品和新方法，利用细胞和微生物来生产现有农产品，例如牛奶、肉、香料和犀牛角。因此，它被认为是实现无动物农业的一种手段。它也是教授细胞生物学的主要工具。

研究在组织工程、干细胞和分子生物学主要涉及在平坦的塑料皿的细胞培养物。这项技术被称为二维（2D）细胞培养，最早是由威廉·鲁克斯（Wilhelm Roux）发明的，他在1885年去除了一部分雏鸡的髓质板，并将其在温暖的盐水中在平板玻璃上放置数天。盘子。随着聚合物技术的发展，出现了当今用于2D细胞培养的标准塑料培养皿，通常称为皮氏培养皿。德国细菌学家朱利叶斯·理查德·皮特里（Julius Richard Petri）在担任该实验室的助手时通常被认为是这项发明罗伯特·科赫（Robert Koch）。如今，各种研究人员还利用培养实验室用烧瓶、锥形瓶，甚至是一次性袋子（如一次性生物反应器中使用的袋子）进行培养。

除了培养皿外，科学家一直在使生物来源的基质（例如胶原蛋白或纤维蛋白）中的细胞生长，并且最近在合成水凝胶（例如聚丙烯酰胺或PEG）上生长细胞。他们这样做是为了引起在常规刚性底物上不表达的表型。有在控制日益增长的兴趣矩阵刚度，已经导致发现在诸如一个概念：

• 干细胞自我更新
• 沿袭规范
• 癌细胞表型
• 纤维化
• 肝细胞功能
• 机械感测

三个维度的细胞培养被誉为“生物学的新维度”。目前，细胞培养的实践仍然基于二维中单个或多个细胞结构的变化组合。目前，在包括药物发现、癌症生物学、再生医学、纳米材料评估和基础生命科学研究在内的研究领域中，对3D细胞培养物的使用有所增加。可以使用支架或基质或以无支架的方式培养3D细胞培养物。基于支架的培养物利用无细胞3D基质或液体基质。通常在悬浮液中产生无支架的方法。有多种平台可用于促进三维细胞结构的生长，包括支架系统，例如水凝胶基质和固体支架，以及无支架系统，例如低粘附力板、纳米粒子促进的磁悬浮和悬挂式吊盘。

由于天然细胞外基质（ECM）在细胞的存活、增殖、分化和迁移中很重要，因此，模仿天然ECM结构的不同水凝胶培养基质被视为是类似于细胞培养的体内潜在方法。水凝胶由具有高保水性的相互连接的孔组成，可以有效地运输营养物质和气体等物质。来自天然和合成材料的几种不同类型的水凝胶可用于3D细胞培养，包括动物ECM提取水凝胶、蛋白质水凝胶、肽水凝胶、聚合物水凝胶和木质纳米纤维素水凝胶。

所述3D细胞通过磁悬浮培养方法（MLM）是通过使用钕磁驱动诱导具有磁性纳米粒子组件在空间上变化的磁场的经处理的细胞，并通过漂浮细胞直至空气促进细胞与细胞的相互作用生长3D组织的应用/标准培养皿的液体界面。磁性纳米颗粒组件由磁性氧化铁纳米颗粒、金纳米颗粒和聚合物聚赖氨酸组成。3D细胞培养可扩展，具有将500个细胞培养成数百万个细胞或从单个培养皿到高通量小体积系统的能力。

细胞培养是组织培养和组织工程的基本组成部分，因为它建立了在体外生长和维持细胞的基础。人类细胞培养的主要应用是在干细胞工业中，间充质干细胞可以进行培养并冷冻保存以备将来使用。组织工程每年可能为数十万患者提供低成本医疗方面的显着改善。

除了培养已建立的永生化细胞系外，还可以在衰老发生之前在有限的一段时间内培养来自多种生物的主要外植体的细胞。培养的原代细胞已广泛用于研究，如细胞迁移研究中的鱼角膜细胞一样。

植物细胞培养物通常在液体培养基中作为细胞悬浮培养物或在固体培养基中作为愈伤组织培养物生长。未分化植物细胞和愈伤组织的培养需要植物生长激素生长素和细胞分裂素的适当平衡。

源自果蝇的细胞（最显着的是Schneider 2细胞）可用于可能难以在活蝇或幼虫上进行的实验，例如生化研究或使用siRNA的研究。细胞系从粘虫衍生草地贪夜蛾，包括的Sf9和的Sf21，并从甘蓝尺蠖粉纹夜蛾，高Five细胞，通常用于使用表达重组蛋白的杆状病毒。