cell culture

cell culture即細胞培養，細胞培養技術也叫細胞克隆技術，在生物學中的正規名詞為細胞培養技術。

cell culture 細胞培養
細胞培養技術也叫細胞克隆技術，在生物學中的正規名詞為細胞培養技術。不論對於整個生物工程技術，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，細胞培養本身就是細胞的大規模克隆。細胞培養，既包括微生物細胞的培養，細胞培養技術可以由一個細胞經過大量培養成為簡單的單細胞或極少分化的多細胞，這是克隆技術必不可少的環節，而且細胞培養本身就是細胞的克隆。通過細胞培養得到大量的細胞或其代謝產物。因為生物產品都是從細胞得來，所以可以說細胞培養技術是生物技術中最核心、最基礎的技術。
細胞的生長需要一定的營養環境，用於維持細胞生長的營養基質稱為培養基。培養基按其物理狀態可分為液體培養基和固體培養基。液體培養基用於大規模的工業生產以及生理代謝等基本理論的研究工作。液體培養基中加入一定的凝固劑(如瓊脂)或固體培養物(如麩皮、大米等)便成為固體培養基。固體培養基為細胞的生長提供了一個營養及通氣的表面，在這樣一個營養表面上生產的細胞可形成單個菌落。因此，固體培養基在細胞的分離、鑑定、計數等方面起著相當重要的作用。從多細胞生物中分離所需要細胞和擴增獲得的細胞以及對細胞進行體外改造，觀察，必須首先解決細胞離體培養問題，同微生物細胞培養的難易相比，比較困難的是來自多細胞生物的單細胞培養，特別是動物細胞的培養。
1、細胞培養的一般條件
簡言之，既細胞需要什麼就提供什麼，道理是如此，真正能做到這點尚需時日，人們至今對細胞的生命周期控制機理認識不足，癌細胞雖然也來自正常細胞，但至今不知道究竟為什麼癌細胞很難停止已經啟動的有害分裂，儘管如此，人們長期的研究結果表明，離體細胞培養需要的基本條件就是下列細胞生理條件。
(1)溫度
溫度過低時細胞生長緩慢甚至不生長。利用冷凍保藏細胞可保持細胞的原有分裂分化能力。溫度過高導致細胞死亡。這主要是由酶和蛋白質所需要的最適溫度決定的。多數生物大分子遇到高溫後容易導致空間結構改變或者喪失（變性）。細胞膜遇到高溫後容易變態。在自然界，即有耐高溫的細胞，也有耐低溫的細胞。在極端情況下生長的生物對付極端環境的機制研究在生物進化和農業、環保、發酵工業中意義重大。
(2)pH
過酸或過鹼可導致細胞死亡。這主要與蛋白質的變性和細胞膜的結構受損有關。
(3)滲透壓
細胞內外可溶於水的物質比例和種類決定細胞的膨脹與收縮程度，因為細胞膜是半透膜，只允許對自己有利的物質通過。同一物質在細胞內外的分布的數量不同，當某一種極溶於水的物質在細胞外濃度過大時，有可能導致細胞乾癟死亡，這些物質在細胞內過多時導致細胞過量吸水膨脹。細胞膜調節滲透壓的能力是有限的。
(4)營養物
營養物和水一起，又叫細胞培養液，培養液中含有細胞增殖和生長所需要的各種物質。營養物包括：N 源、C源，這些物質與提供能量有關；無機鹽、維生素、激素，這些物質與代謝調節控制有關。細胞培養液的設計一直是細胞離體培養技術的關鍵。理想的細胞培養液可以同時解決細胞離體培養所需要的pH、滲透壓、營養物、調節物質的全部需要。在幹細胞分化研究與套用中，關鍵是找到一種使幹細胞分化成為所需細胞和組織的營養液。相同的人幹細胞，放在不同的營養液中分化培養出人的各種臟器，這個昔日的夢想已經開始成為現實。植物細胞的組織培養技術已經基本完善配套。名貴花卉、中草藥、脫毒馬鈴薯、組織培養蓮菜苗等植物細胞與組織培養技術的不斷完善，特別是由於組織培養液的商品化已經被廣大農民普遍接受。
(5)水
水是細胞需要數量最大的物質，不同的物種、不同部位、不同生長期的細胞含水量差別相當大。乾旱植物細胞的含水量高達90%。水的需求量一般隨同細胞培養液一起考慮。
(6)無菌條件
體外細胞培養僅僅是對所需的細胞進行培養，但環境中（如空氣）有各種其他微生物，必須對所需細胞進行無雜菌的隔離培養。無菌條件是細胞離體培養最基本的條件。
(7)光
植物細胞和少數細菌需要利用光進行光合作用。
(8)氣體
動物細胞需要不斷供給氧氣和排除二氧化碳，植物細胞與此相反。
2、動物細胞培養的特殊條件
在所有的細胞離體培養中，最困難的是動物細胞培養。下面是它所需要的特殊條件。
(1)血清：動物細胞離體培養常常需要血清。最常用的是小牛血清。血清提供生長必需因子，如激素、微量元素、礦物質和脂肪。有一天人們真正學會了配製和血清一樣的培養液，那時血清才可被取代。在這裡，血清等於是動物細胞離體培養的天然營養液。
(2)支持物：大多數動物細胞有貼壁生長的習慣。離體培養常用玻璃，塑膠等作為支持物。
(3)氣體交換：二氧化碳和氧氣的比例要在細胞培養過程中不斷進行調節，不斷維持所需要的氣體條件，每一次開箱操作後的快速恢復對設備的要求可想而知有多難？由此決定了動物細胞離體培養設備要求高、投資大。
3、植物細胞培養的特殊條件
(1)光照：離體培養的植物細胞對光照條件不甚嚴格，因為細胞生長所需要的物質主要是靠培養基供給的。但光照不但與光合作用有關，而且與細胞分化有關，例如光周期可對性細胞分化和開花調控作用，所以以獲得植株為目的的早期植物細胞培養過程中，光照條件特別重要。以植物細胞離體培養方式獲得重要物質，如藥物的過程，植物細胞大多是在反應器中懸浮培養。
(2)激素：植物細胞的分裂和生長特別需要植物激素的調節，促進生長的生長素和促進細胞分裂的分裂素是最基本的激素。植物細胞的分裂，生長，分化和個體生長周期都有相應的激素參與調節。和動物細胞相比，植物細胞離體培養對激素要求的原理已經了解，其套用技術也已相當成熟，已經有一套廣泛作為商品使用的培養液。同時解決了植物細胞對水、營養物、激素、滲透壓、酸鹼度、微量元素等的需求。
4、微生物細胞培養的特殊條件
微生物多為單細胞生物，野生生存條件比較簡單。所以微生物人工培養的條件比動植物細胞簡單得多。其中厭氧微生物培養比好氧微生物複雜，因為嚴格厭氧需要維持二氧化碳等非氧的惰性氣體濃度，而好氧微生物則只需要通過不斷攪拌提供無菌氧氣。微生物對培養條件要求不如動植物細胞那樣苛刻，玉米漿、蛋白腖、麥芽汁、酵母膏等成為良好的微生物天然培養基。對於一些特殊微生物的營養條件要求，可以在這些天然培養基的基礎上額外添加。