相信很多细胞培养实验的同学对细胞消化做了许多研究,实验室的师兄师姐们也得出了很多有价值的经验,同时也遇到很多人的困惑。在这里结合各位实验专家和自己的经验,介绍一些细胞消化基本操作知识和注意事项,如果有不足之处,欢迎补充讨论。
我们在细胞培养时大部会以贴壁的形式生长(除了取自血、脾或骨髓的细胞),使用的完全培养基中的血清,含有许多带阳性电荷的促细胞附着因子(层黏连蛋白 Laminine、纤维链接蛋白 Fibronectin 等胞外基质),能帮助细胞附着于带阴性电荷的底物上,并形成键结、贴壁伸展。也就是所谓的~细胞消化Cell Detachment
常见细胞消化法有三种
机械消化法、离子螯合法、酶消化法
1机械消化法
直接用液体吹打或用刮刀,施予外力让细胞与培养底物分离;适用于贴壁性弱的细胞传代,但相较于其它消化方法,这种外力无法量化控制,细胞分散效果差,且可能会造成大量细胞破损,使内容物释放到培养基,进而影响细胞传代状态。
▲细胞刮勺
❂离子螯合法
细胞膜表面蛋白大多需要钙、镁离子来维持与胞外基质的稳定键结,当然也包含各种黏附蛋白(例:整合素、钙黏着蛋白、桥粒等),螯合剂会在不破坏细胞膜表面蛋白的状况下,抽离这些离子,使黏附蛋白失活而减少细胞-细胞间及细胞-底物间的连接作用,让细胞较容易在施予外力时,脱离培养底物并促进细胞分散。
0.02% EDTA是细胞传代最常用的离子螯合剂,在37℃作用效果最佳(消化较敏感的细胞可在4℃作用),适用于消化一般贴壁性细胞或细胞表面标记实验细胞。
但EDTA无法用血清终止其反应,所以在消化细胞后必须用缓冲盐溶液(如:PBS)清洗离心,以免影响后续细胞贴盘效果。
▲ EDTA(黑)能螯合二价离子(红)
❂ 酶消化法
用蛋白水解酶消化连接细胞及培养底物的蛋白质,适用于消化贴壁性稍强的细胞。
上述实验方法中最常见的还是胰酶消化。大部分细胞消化的时候是只要用胰酶润洗一遍即可,但是我们发现吸去胰蛋白酶后,残留的那些附着在细胞表面的微量胰酶在37℃一般不到2分钟足够消化细胞(绝大部分1分钟不到)。对于这些细胞原则上不要用胰酶孵育细胞,连续这样传代,对细胞伤害很大。简单的程序是先采用PBS润洗细胞吸去,胰酶润洗吸去,然后37度消化细胞。
什么程度算消化完全呢?
所谓消化并不是细胞全部分散分布形成单个圆形才算消化完好,一般我们肉眼观察贴壁细胞表层,只要能漂浮移动了,多半呈沙粒状漂浮移动,其实已经可以了。说明细胞与培养基质材料的附着已经消失了,细胞之间的附着也已经消失了,细胞已经独立分布了(虽然没有呈现很广的离散分布)。这个时候应该停止消化,不要等到看到镜下所有细胞都分离得非常好,间隙很大,才停止。细胞就是完全成单个细胞悬液,之后在贴壁的过程中仍然会聚集,这个是贴壁培养的细胞,尤其是肿瘤细胞的一个特性。
细胞只要能从基质上脱离下来,这个时候即使是成片的(比如Calu-3细胞),吹打不超过20次后(一般10次即可),成小规模聚集(10个细胞左右),是正常的,不要试图再去延长消化时间。不要以为成片分布是自己没养好,这个视细胞而定。如果和标准形态不一致,那可能是自己没消化好导致的,但如果消化方法正确,仍然成片分布,甚至完全吹打成单细胞悬液,贴壁后仍然成片分布,这是细胞的特性,是因为贴壁过程中重新聚集了。
如果遇到比较难消化的细胞(润洗方法5min还不能消化),就以colon cancer为例,比如HCT15, LS411和KM12,这样的细胞一般需要用少量胰酶孵育,但也不需要很多,一般100 mm dish,一次最多加入500ul,就足够了。即使这样难消化的细胞,一般不超过5min,即可见细胞成片移动,就应该停止消化。一些正常细胞也会有难消化的时候,比如tsDC细胞,但也只要用少量胰酶孵育,3min左右即可看到成片沙状移动。
针对消化时间和细胞类型、消化液的消化能力、细胞的密度等多种因素有关。一般养一种新的细胞要摸索一下消化时间,掌握细胞消化到什么程度恰到好处。新配的消化液消化能力较强,配好后可分装成小管,一次用完,其余冻在-20℃,以保持酶活力。细胞生长到覆盖70~80%瓶底时消化较好,若细胞密度过大则消化后细胞易成团。
我们常规的细胞实验(增殖,凋亡,迁移,分化之类的),如果不用胰酶去孵育而使用润洗的方法消化的话(难消化细胞例外),受消化影响不是很大。但少数实验,比如病毒包装,对细胞代数,对细胞状态要求极高。这个时候,胰酶消化,就是润洗,都会对细胞包装病毒的能力有影响,传代次数一多,细胞包装能力就会逐渐下降(当然也有其它因素影响包装效率)。这个时候都不用胰酶消化,用一些盐溶液(不是EDTA液)即可。这些盐溶液通过影响ECM相关酶的活性,来使得细胞脱离基质附着表面,但不切割任何蛋白。
绝大部分细胞消化的时候是只要用胰酶润洗一遍即可:
吸去胰酶后,残留的那些无法计算体积的附着在细胞表面的微量胰酶在37℃一般不到2min足够消化细胞(绝大部分1min不到)。对于这些细胞原则上不要用胰酶孵育细胞,连续这样传代,对细胞伤害很大。简单的程序是PBS润洗吸去,胰酶润洗吸去,然后37℃消化。比较难消化的细胞(润洗方法5min还不能消化),这样的细胞一般需要用少量胰酶孵育。
消化的影响:
常规的细胞实验(增殖,凋亡,迁移,分化之类的),受消化影响不是很大,如果不用胰酶去孵育而使用润洗的方法消化(难消化细胞例外)即可。但少数实验,比如病毒包装,对细胞代数,对细胞状态要求极高。这个时候,胰酶消化,就是润洗,都会对细胞包装病毒的能力有影响,传代次数一多,细胞包装能力就会逐渐下降(当然也有其它因素影响包装效率)。这个时候都不用胰酶消化,用一些盐溶液(不是EDTA液)即可。这些盐溶液通过影响ECM相关酶的活性,来使得细胞脱离基质附着表面,但不切割任何蛋白。
EDTA的作用:
许多人不用胰酶,只用EDTA,或者用trypsin/EDTA联合作用。这里要明白,trypsin切割ECM的一些负责粘连和附着的蛋白,而EDTA通过螯合Ca离子,作用于Integrin的活性,所以EDTA的作用更加温和。有的人在trypsin里添加一些EDTA,或者对付特别难消化的细胞,添加多一些EDTA,就是这个道理。一般不要试图延长消化时间(如果10min还消化不彻底的话),而应该想其它办法。
PBS洗涤注意事项
消化之前用PBS洗涤,是常见的操作,因为Serum含有抑制trypsin的蛋白。但这里面也有学问可以讲,对于一些难消化细胞,那么可以配制不含Ca,Mg离子的PBS,因为这些离子也会抑制trypsin的活性。但对于绝大部分胰酶或者EDTA溶液润洗即可消化的细胞,不需要配制如此溶液。
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