体外培养细胞大多培养在瓶皿等容器中,根据它们是否能贴附在支持物上生长的特性,可分为贴附型和悬浮型两大类:
(一)贴附型
这类细胞在培养时能贴附在支持物表面生长。大多数培养细胞呈贴附型生长;只赖于贴附才能生长的细胞称贴附性细胞或锚着依存性细胞(Anchorage-dependent Cells)。关于细胞的贴附过程和机制将另加叙述。当细胞贴附在支持物上之后,易失去它们在体内时原有的特征,细胞分化现象常变得不显著。在形态上常表现单一化的现象,并常反映其胚层起源,呈现类似前述“反祖现象”。如来源于内、外胚层的细胞多呈上皮型;
来自中胚层的则易呈成纤维细胞型(这种现象又与供体的年龄有密切关系;原供体越幼稚则“反祖”越明显);显然与细胞分化有关。由于上述原因,体外培养细胞形态常表现有一般化的倾向。因此在判定培养细胞形态时,很难再按体内细胞标准确定,仅能大致如下分类:
1.成纤维型细胞:
本型细胞形态与体内成纤维细胞的形态相似而得名;细胞体呈梭形或不规则三角型,中央有卵圆形核,胞质向外伸出2~3 个长短不同的突起。细胞在生长时多呈放射状、火焰状或旋涡状走行。除真正的成纤维细胞外,凡由中胚层间充质起源的组织,如心肌、平滑肌、成骨细胞、血管内皮等常呈本类形态。另外在培养中的细胞凡形态与成纤维细胞类似时,皆可称之为成纤维细胞。因此组织培养中的成纤维细胞一词是一种习惯上的
称法,此点与体内细胞不同。
2.上皮型细胞:
本型细胞具有扁平不规则多角形,中有圆形核,细胞紧密相连成单层膜。细胞增殖数量增多时,整块上皮膜随之移动;处于上皮膜边缘的细胞多与膜相连,很少脱离细胞群单独活动。起源于内、外胚层细胞如皮肤表皮及其衍生物、消化管上皮、肝、胰和肺泡上皮等组织培养时,皆呈上皮型形态。上皮型细胞生长时,尤其是外胚层起源的细胞,细胞之间常出现所谓“拉网”(Netting)现象(见图8-3),即在构成上皮膜状生长的细胞群中一些细胞常相互分离卷曲,致使上皮细胞膜中形成网眼状空洞。拉网的形成可能与细胞分泌透明质酸酶有关。(生物秀 www.bbioo.com)
3.游走型细胞:
本型细胞在支持物上散在生长,一般不连接成片。细胞质经常伸出伪足或突起,呈活跃的游走或变形运动,速度快而且不规则。此型细胞不很稳定,有时亦难和其它型细胞相区别。在一定条件下,由于细胞密度增大联接成片后,可呈类似多角形;或因培养基化学性质变动等,也可能变成成纤维细胞形态。
4.多形型细胞:
除上述三型细胞外,还有一些组织和细胞,如神经组织的细胞等,难以确定它们规律的形态,可统归入多形型细胞。
(二)悬浮型
有的细胞在培养时不贴附于支持物上,而呈悬浮状态生长,如某些癌细胞和血液白细胞可呈悬浮型。细胞悬浮生长时,胞体为圆形,观察时不如贴附型方便。其优点是细胞悬浮在培养液中生长,生存空间大,容许长时间生长,能繁殖多量细胞,便于做细胞代谢等研究。
本书所叙述的内容主要是贴附型细胞培养法及其有关问题的探讨。
(三)对培养细胞形态分类的探讨
对组织培养细胞形态的分类,主要根据细胞在培养中的表现以及描述上的方便而定。当细胞处于较好的培养条件时,形态上有相对的稳定性,在一定程度上能反映细胞的起源、正常和异常(恶性)也可能区别开来,故可作为判定细胞生物学性状的一个指标或依据。但必须意识到,培养细胞的一般形态,并不是一项很可靠的指标,原因是它可受很多因素的影响而发生改变。譬如拿培养条件来说,就很难控制到丝毫不发生变化
的程度。如反复开关温箱,除可影响温度,使这波动,并能放出培养箱内CO2,促培养基变碱。还有支原体污染、培养基pH 改变等都可使细胞形态发生变化。如HeLa 细胞本属上皮型,但在过酸或过碱的情况下可变成梭形,pH 适宜时又可恢复。从细胞拦种到细胞密度增大的一代生长过程中,细胞形态表现也有所不同,如上皮型细胞在刚接种后不久,因细胞数量较少,细胞可能呈星形或三角形。只有当细胞数量增多后,多角形
态特点和上皮膜状结构才逐渐变得明显起来。另外贴附型和悬浮型细胞性质也不是绝对一成不变的;在一定条件下,悬浮型细胞可呈贴附状生长,贴附型细胞也可呈悬浮状生长。当细胞发生转化后,细胞形态变化更大;成纤维细胞转化后可变成上皮形态。另外在一些类型相同细胞之间,如癌细胞等,也难以在形态上看出有什么明显区别。
由于培养细胞形态的易变性,在利用形态学指标判定细胞类型和其它一些性状时应持谨慎态度。不应仅仅依赖光学显微镜观察所见,必要时须做超微结构和其它方法的分析;如电镜下观察到桥粒时,可确认为上皮型细胞,因桥粒是上皮细胞所特有的结构,但在光镜下不可见,只有在电子显微镜下才能观察到。因此电子显微镜所提供的形态学论据显然更为可靠。
三、培养细胞形态结构
组织培养细胞形态结构与体内细胞基本相同,但在大体形态以及某些细微结构方面仍存在着一定的差异。
(一)大体形态
根据细胞是否贴附于支持物上生长,形态有所不同。呈悬浮生长时,不论细胞原来源于体内何种类型细胞,由于生长在液体环境中,胞体基本呈圆形。当贴附于支持物表面后,开始仍为圆形,但为时很短,很快便经过形态演变过渡成扁平形态。细胞大体形态可随支持物的构形而改变;附于球体表面时,细胞与球体呈同心圆层。支持物表面平坦时,则细胞先由圆形延展成圆饼形。此时的细胞可称之为放射延展细胞( Radial Spread Cell)。其细胞质可区分为:①中心区或内质,细胞中央为细胞核,核周胞质稠密区即内质(Endoplasm),内含有较多的细胞器(主要为线状或颗粒状线粒体和内质网);②外质(Exoplasm)或板层区,是胞质外周部分,无色透明包绕内质,用特殊的染色法在外质中,可显示出微丝和微管。放射延展细胞持续0.5~2 小时便过渡为极性细胞( Polarized Cell)。极性细胞可呈纺锤形、三角形可不规则多角形等多种形态。极性细胞形态常随细胞运动发生改变。它们外质的周边部可分为活跃与不活跃的两部分;不活跃部分比较稳定,活跃部常伸出伪足,使细胞发生定向运动。有时细胞从悬浮状贴壁附于支持物上后,也可不经过放射延展阶段直接进入极性细胞(图1-4)。当细胞相互接攘成片后,极性常变得不明显,外质周边部也无明显活跃部分与不活跃部分的区别。


