哺乳動(dòng)物細(xì)胞傳代培養(yǎng)
隨著細(xì)胞基因工程的不斷發(fā)展,目前有多種生物表達(dá)系統(tǒng)都能夠大規(guī)模的生產(chǎn)重組蛋白,主要分為原核和真核兩類。 真核表達(dá)系統(tǒng)又包括:酵母表達(dá)系統(tǒng),哺乳動(dòng)物細(xì)胞表達(dá)系統(tǒng),昆蟲桿狀病毒表達(dá)系統(tǒng)。相比之下,哺乳動(dòng)物細(xì)胞表達(dá)系統(tǒng)最突出的優(yōu)點(diǎn)是能夠促進(jìn)蛋白的正確折疊和糖基化等翻譯后修飾,從而保證蛋白的天然活性,目前已成為表達(dá)和生產(chǎn)部分蛋白藥物、基因工程抗體等目的蛋白的首選宿主。
哺乳動(dòng)物蛋白表達(dá)常用的細(xì)胞有 HEK293(人胚腎細(xì)胞)和 CHO(中國(guó)倉(cāng)鼠卵巢細(xì)胞)。這兩種細(xì)胞的應(yīng)用最為廣泛,是在真核蛋白表達(dá)系統(tǒng)中最常用的細(xì)胞,具有以下特點(diǎn):
1.具有準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)錄后修飾功能,表達(dá)蛋白在任何方面都最接近天然狀態(tài);
2.具有重組基因的高效擴(kuò)增和表達(dá)能力,外源蛋白整合穩(wěn)定;
3.具有較高的耐受剪切力和滲透壓能力,表達(dá)水平較高;
4.CHO 屬于成纖維細(xì)胞,是一種非分泌細(xì)胞,自身很少分泌內(nèi)源蛋白,有利于目的蛋白的分離純化;
5.HEK293 細(xì)胞具有更高的生長(zhǎng)密度更快的生長(zhǎng)速度,易培養(yǎng),易轉(zhuǎn)染。
本文主要對(duì) HEK293 細(xì)胞及 CHO 細(xì)胞傳代培養(yǎng)的基本原則、實(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng)進(jìn)行介紹。
細(xì)胞培養(yǎng)基本原則
合適的細(xì)胞培養(yǎng)基
合適的細(xì)胞培養(yǎng)基是細(xì)胞傳代培養(yǎng)最重要的條件,培養(yǎng)基不僅提供給細(xì)胞在體外生長(zhǎng)繁殖需要的基礎(chǔ)物質(zhì),還維持 細(xì)胞生長(zhǎng)的整個(gè)環(huán)境,不同的細(xì)胞有不同的生長(zhǎng)習(xí)性,因此要選擇合適的培養(yǎng)基。
優(yōu)質(zhì)血清
目前,多數(shù)的合成細(xì)胞培養(yǎng)基都有添加血清,常用的血清有小牛血清、馬血清等。血清中含有細(xì)胞生長(zhǎng)所必須的生 長(zhǎng)因子,作為哺乳動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的附加物,血清十分昂貴且存在多種問(wèn)題,因此人們?cè)诓粩鄬ふ铱梢蕴娲宓奈? 質(zhì)。
無(wú)毒無(wú)菌的生長(zhǎng)環(huán)境
體外生長(zhǎng)的細(xì)胞缺乏對(duì)微生物和有毒物質(zhì)的抵御能力,一旦被污染,會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞死亡。因此在進(jìn)行細(xì)胞傳代培養(yǎng)時(shí), 無(wú)毒無(wú)菌的培養(yǎng)環(huán)境是必要條件。
溫度與氣體環(huán)境
細(xì)胞生長(zhǎng)需要恒定的溫度,同時(shí)氣體(氧氣與二氧化碳)也是哺乳動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的所必須的物質(zhì),HEK293 和 CHO 的細(xì)胞培養(yǎng)條件一般是 37℃,5%的二氧化碳環(huán)境。
細(xì)胞傳代實(shí)驗(yàn)流程
細(xì)胞復(fù)蘇
1.提前將水浴鍋打開,預(yù)熱 37℃。
2.細(xì)胞培養(yǎng)基提前預(yù)熱,5-10ml 于 15ml 離心管中。
3.把凍存細(xì)胞立即投入 37℃水浴鍋中,輕微搖動(dòng),待融化后(大概 1-1.5min),取出。
4.用 75%乙醇消毒管外壁,放入超凈臺(tái),轉(zhuǎn)移到含 5-10ml 培養(yǎng)基的 15ml 離心管中,離心 800-1000rpm,5min。
5.去掉上清,加入完全培養(yǎng)基重懸細(xì)胞,轉(zhuǎn)移到培養(yǎng)皿中,前后左右輕輕搖動(dòng),使培養(yǎng)皿中的細(xì)胞分散均勻。
6.標(biāo)記好細(xì)胞名稱,代數(shù),日期,培養(yǎng)基等,放到 37℃的 5% CO2 培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。
7.貼壁細(xì)胞培養(yǎng)一般第二天就可以貼壁,根據(jù)細(xì)胞生長(zhǎng)速度,2-3 天換一次培養(yǎng)基。
8.離心可能對(duì)某些細(xì)胞造成傷害,這些細(xì)胞可以不離心,只需要將 DMSO 的濃度降到 1%以下即可。(一般凍存液中 DMSO 濃度為 10%,即 1ml 凍存細(xì)胞需加 9ml 培養(yǎng)基。)
細(xì)胞傳代培養(yǎng)
1.當(dāng)培養(yǎng)皿中的細(xì)胞覆蓋率達(dá)到 80%-90%時(shí)需要進(jìn)行細(xì)胞傳代。
2.吸掉培養(yǎng)皿中的舊培養(yǎng)液。
3.用 5ml PBS 洗滌細(xì)胞 1-2 次。
4.用 1ml 的 trypsin(胰酶)溶液,37℃作用數(shù)分鐘,于倒立顯微鏡下觀察,當(dāng)細(xì)胞呈圓形即將分離時(shí),吸掉 trypsin 溶液。(若不去掉 trypsin 溶液,則在消化后加入適量(5:1)含血清培養(yǎng)基終止作用,離心后再去掉上清。)
5.輕拍培養(yǎng)皿或培養(yǎng)瓶使細(xì)胞從瓶壁脫落,加入適量的新鮮完全培養(yǎng)基,輕柔地吹打數(shù)次,使細(xì)胞分散均勻。再根據(jù)稀釋比例轉(zhuǎn)移至新的培養(yǎng)瓶中,正常培養(yǎng)即可,剩余細(xì)胞懸液舍棄,放入收集瓶中。(細(xì)胞傳代時(shí)按 1:5 或更大比例稀釋)
6.trypsin 溶液中可以加入 0.02% EDTA 溶液,解離效果會(huì)更好,但消化后殘留在培養(yǎng)基中的 EDTA 會(huì)影響細(xì)胞的再次貼壁。
細(xì)胞凍存
1. 冷凍前確保細(xì)胞處于指數(shù)生長(zhǎng)期,傳代后的 5mL 細(xì)胞懸液取出 1mL 接種到培養(yǎng)瓶繼續(xù)傳代。另取一無(wú)菌離心管,將剩余 4mL 細(xì)胞懸液置于其中,離心 1000rpm,5min(轉(zhuǎn)速勿超過(guò) 1500rpm)。
2. 離心后倒掉上層清液,收集下層細(xì)胞沉淀。向離心管中加入 900ul 完全培養(yǎng)基,用槍頭反復(fù)吹打重懸起細(xì)胞。取少量細(xì)胞懸液計(jì)數(shù)細(xì)胞濃度及凍前存活率。一般細(xì)胞濃度為 2~5×106cells/mL 較適宜。
3. 將細(xì)胞懸液轉(zhuǎn)入 1.5mL 無(wú)菌凍存管中,再加入 100ul 試劑級(jí) DMSO,混勻,制成細(xì)胞凍存懸液(DMSO 最后濃度為 10%)。嚴(yán)密封口后,注明細(xì)胞名稱、代數(shù)、日期,然后進(jìn)行凍存。
4. 傳統(tǒng)方法:冷存管置于 4℃ 10 分鐘→-20℃ 30 分鐘→-80℃ 16~18 小時(shí)(隔夜)→液氮罐長(zhǎng)期儲(chǔ)存(-20℃
勿超過(guò) 1 小時(shí),防止胞內(nèi)冰晶過(guò)大造成細(xì)胞死亡)。
細(xì)胞培養(yǎng)注意事項(xiàng)
細(xì)胞培養(yǎng)大瓶好于小瓶,細(xì)胞能夠充分汲取到養(yǎng)分且有利于細(xì)胞均勻分布
細(xì)胞培養(yǎng)基 DEME 為高糖培養(yǎng)基
保證細(xì)胞培養(yǎng)液新鮮,采用少量多次配置,或培養(yǎng)基保存于-20℃
控制胰蛋白酶消化時(shí)間,消化時(shí)間長(zhǎng),細(xì)胞貼壁效果差
控制好細(xì)胞傳代時(shí)間,細(xì)胞沒(méi)有完全鋪滿、細(xì)胞之間留有空隙時(shí)傳代最佳
細(xì)胞凍存和復(fù)蘇的原則是慢凍快復(fù),最大程度的保證細(xì)胞復(fù)蘇成功率
研錦生物具有豐富的細(xì)胞培養(yǎng)經(jīng)驗(yàn),熟悉各類細(xì)胞的培養(yǎng)方法:
名稱 | 中文名稱 | 名稱 | 中文名稱 |
293T | 人胚腎細(xì)胞 | M14 | 人黑色素瘤細(xì)胞 |
293F | 人胚腎細(xì)胞 | MB49 | 小鼠膀胱癌細(xì)胞 |
A375 | 人惡性黑色素瘤細(xì)胞 | MCF-7 | 人乳腺癌細(xì)胞 |
A431 | 人表皮癌細(xì)胞 | MCF-10A | 人乳腺癌細(xì)胞 |
A549 | 人非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞 | MDA-MB-453 | 人乳腺癌細(xì)胞 |
AGS | 胃癌細(xì)胞 | MDCK | 狗腎細(xì)胞 |
BALB/3T3 | 小鼠胚胎成纖維細(xì)胞 | NCI-H1581 | 人大細(xì)胞肺癌細(xì)胞 |
BHK21 | 倉(cāng)鼠腎成纖維細(xì)胞 | NCI-H226 | 人肺鱗癌細(xì)胞 |
BHT101 | 人甲狀腺癌細(xì)胞 | NCI-H358 | 人非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞 |
Caco-2 | 人結(jié)直腸腺癌細(xì)胞 | NHDF | 正常人皮膚成纖維細(xì)胞 |
CHO-K1 | 中國(guó)倉(cāng)鼠卵巢細(xì)胞 | PC3 | 人前列腺癌細(xì)胞 |
COS-7 | 非洲綠猴SV40轉(zhuǎn)化的腎細(xì)胞 | SK-CO-1 | 人結(jié)直腸腺癌細(xì)胞 |
HEK293 | 人胚腎細(xì)胞 | SK-LU-1 | 人低分化肺腺癌細(xì)胞 |
HCT-116 | 人結(jié)腸癌細(xì)胞 | SMMC-7721 | 人肝癌細(xì)胞 |
HeLa | 人宮頸癌細(xì)胞 | SW116 | 人結(jié)腸腺癌細(xì)胞 |
HepG2 | 人肝癌細(xì)胞 | SW620 | 人結(jié)腸腺癌細(xì)胞 |
HFF-1 | 人胚肺成纖維細(xì)胞 | THP-1 | 人外周血的單核細(xì)胞 |
HO8910PM | 人卵巢癌細(xì)胞 | U251 | 人膠質(zhì)瘤細(xì)胞 |
HL-60 | 人原髓細(xì)胞白血病細(xì)胞 | U-87-MG | 人腦星形膠質(zhì)母細(xì)胞瘤 |
LNCaP | 人前列腺癌細(xì)胞 | Vero | 非洲綠猴腎細(xì)胞 |
A427 | 人肺癌細(xì)胞 | MDA-MB-231 | 人乳腺癌細(xì)胞 |
AHH-1 | 人淋巴細(xì)胞 | p116 | 急性淋巴白血病細(xì)胞 |
BEL-7405 | 人肝癌細(xì)胞 | SK-MEL-5 | 人皮膚惡性黑色素瘤細(xì)胞 |
COV434 | 人卵巢顆粒腫瘤細(xì)胞 | SK-N-AS | 人神經(jīng)母細(xì)胞 _ |
DU145 | 人前列腺癌細(xì)胞 | SNU-5 | 人胃癌細(xì)胞 |
HUVEC | 人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞 | RH7777 | 大鼠肝癌細(xì)胞 |
H1703 | 人肺鱗癌細(xì)胞 | 開發(fā)中...... |
瞬時(shí)轉(zhuǎn)染與穩(wěn)定轉(zhuǎn)染實(shí)驗(yàn)原理的異同
瞬時(shí)轉(zhuǎn)染與穩(wěn)定轉(zhuǎn)染都是將目的基因轉(zhuǎn)染至特定哺乳動(dòng)物細(xì)胞內(nèi),進(jìn)而表達(dá)得到目的蛋白。不同的是瞬時(shí)轉(zhuǎn)染的方式外源基因并沒(méi)有轉(zhuǎn)染到細(xì)胞的染色體上而是存在于游離的載體上,這樣可以在短時(shí)間內(nèi)獲得基因的表達(dá)產(chǎn)物,但是隨著細(xì)胞的不斷分裂增殖外源基因最終會(huì)丟失,無(wú)法繼續(xù)進(jìn)行重組蛋白的生產(chǎn);而利用細(xì)胞穩(wěn)定轉(zhuǎn)染則會(huì)將外源基因轉(zhuǎn)染至細(xì)胞染色體上,目的基因不會(huì)隨著細(xì)胞傳代而消失,穩(wěn)定轉(zhuǎn)染的細(xì)胞株能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定的生產(chǎn)目的蛋白。
圖 1:瞬時(shí)轉(zhuǎn)染與穩(wěn)定轉(zhuǎn)染原理對(duì)比
實(shí)驗(yàn)操作的差別
1.瞬時(shí)轉(zhuǎn)染與穩(wěn)定轉(zhuǎn)染所用的質(zhì)粒是不同的,瞬轉(zhuǎn)的質(zhì)粒不需要帶有抗性,而用于穩(wěn)定轉(zhuǎn)染的質(zhì)粒一定要帶有特定的抗性以便于后續(xù)的克隆株篩選。另外,兩者所用的培養(yǎng)基及實(shí)驗(yàn)試劑也有所區(qū)別。
2.構(gòu)建好質(zhì)粒后,經(jīng)過(guò)細(xì)胞復(fù)蘇、轉(zhuǎn)染、細(xì)胞培養(yǎng)、蛋白純化等步驟即可得到目的蛋白;而構(gòu)建穩(wěn)定細(xì)胞系需要先將構(gòu)建好的質(zhì)粒線性化,再導(dǎo)入培養(yǎng)好的哺乳動(dòng)物細(xì)胞內(nèi),通過(guò)一定的轉(zhuǎn)染方式實(shí)現(xiàn)質(zhì)粒與細(xì)胞的融合,接著經(jīng)過(guò)細(xì)胞池篩選、單克隆篩選、細(xì)胞傳代培養(yǎng)等步驟才能得到穩(wěn)定轉(zhuǎn)染的細(xì)胞系。對(duì)穩(wěn)定細(xì)胞系進(jìn)行培養(yǎng)能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定的生產(chǎn)目的蛋白。
圖 2:瞬時(shí)轉(zhuǎn)染實(shí)驗(yàn)流程 圖 3:細(xì)胞穩(wěn)定轉(zhuǎn)染實(shí)驗(yàn)流程
瞬時(shí)轉(zhuǎn)染與穩(wěn)定轉(zhuǎn)染優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比
瞬時(shí)轉(zhuǎn)染 | 穩(wěn)定細(xì)胞系構(gòu)建 | |
優(yōu)點(diǎn) | 1. 能夠快速生產(chǎn)得到微量至中量的重組蛋白 2.實(shí)驗(yàn)成本低 3.一個(gè)宿主可以帶有多個(gè)拷貝,表達(dá)效率高 | 能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定生產(chǎn)目的蛋白 1.得到穩(wěn)轉(zhuǎn)株之后后續(xù)生產(chǎn)蛋白的成本大大降低 2.能夠?qū)蜻M(jìn)行基因插入、基因敲除等編輯操作 |