原代細胞 vs 細胞系：培養差異與精準鑒定策略
2025-06-11 16:51:47
來源/作者：普拉特澤-生物醫學整體課題外包平臺
細胞培養瓶中的抉擇，決定了研究結果的生物學意義。
生物醫學研究中，細胞模型的選擇直接影響實驗結果的可靠性和相關性。原代細胞直接來源于活體組織，保留了生物體的生理特性和異質性，但培養難度高且壽命有限。普拉特澤生物承接原代細胞等細胞實驗相關服務上萬例，積累了操作大量經驗
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細胞系則能在實驗室環境中長期穩定傳代，操作便捷但可能逐漸喪失原始組織的生物學特性。這兩類細胞工具在藥物研發、疾病建模和基礎研究中扮演著不可替代的角色。
01 基本概念與核心差異
從機體組織中分離的細胞在體外培養的命運走向兩個方向：原代細胞與細胞系。
原代細胞（primary cell）是指從機體組織中經蛋白酶或其他方法直接分離獲得，并在體外進行模擬機體環境培養的細胞。一般認為，從第1代到第10代以內的細胞培養都屬于原代細胞范疇。
當原代細胞經歷首次成功傳代后，它們就轉變為細胞系（cell line）。細胞系又可分為兩個亞型：有限細胞系（傳代次數有限）和連續細胞系（可無限傳代）。著名的HeLa細胞就是最具代表性的無限細胞系，自1951年分離以來仍在全球實驗室中增殖。
細胞株（cell line）則是通過選擇或克隆形成法從原代培養物或細胞系中獲得的具有特殊性質或標志物的細胞群。其特殊性質必須在整個培養期間持續存在，同樣分為有限細胞株和連續細胞株。
表：原代細胞與細胞系的核心差異對比
原代細胞最顯著的優勢在于它們更接近和更能反映體內生長特性，是藥物敏感性試驗、細胞分化等研究的理想工具。而細胞系的主要優勢在于其無限增殖能力，便于實驗重復，更適合長期研究項目。
02 培養技術差異
原代細胞培養是門精細藝術，而細胞系培養則更像標準化生產。
①原代細胞培養方法
原代細胞培養主要有四種技術路徑：
㈠組織塊培養法是將剪成的小組織團塊接種于培養瓶中，瓶壁通常預先涂以膠原薄層，以利于組織塊粘著瓶壁，使周邊細胞能沿瓶壁向外生長。
㈡消化培養法則是將妨礙細胞生長的細胞間質（包括基質、纖維等）通過酶處理去除，使細胞分散形成細胞懸液，然后分瓶培養。這種方法能獲得更純凈的細胞群體。
懸浮細胞培養法針對天然懸浮生長的細胞，如淋巴細胞、骨髓細胞和免疫細胞。這些細胞無需消化，可采用低速離心分離，直接培養，或經淋巴細胞分層液分離后接種培養。
器官培養是一種特殊形式，從供體取得器官或組織塊后，不進行組織分離而直接在體外的特定環境條件下培養，其特性仍保持原有器官細胞的組織結構和聯系。
▲關鍵培養要素
原代細胞培養需要特別注意三個關鍵參數：培養液和培養物的比例必須適當，一定濃度的培養物僅能支持一定數量的細胞生長；pH值應維持在7.4左右，培養過程中不低于7.0；培養瓶內的空間比例也有講究，一般培養液與液面上空間體積之比為1：10。
換液操作時，培養基預熱是必要的，可減少環境改變對細胞狀態的影響。部分貼壁不牢固的細胞在受冷時容易收縮導致漂浮，延長適應環境時間。
▲細胞系傳代技術
細胞系根據生長方式分為貼壁細胞和懸浮細胞兩類：
→懸浮細胞傳代相對簡單：待細胞長滿至80%～90%（細胞懸液變黃），用吸管吸棄細胞懸液1/2～1/3，加入適量新鮮培養基即可繼續培養。當發現細胞碎片時，可采用離心傳代法：將細胞懸液離心（150g，5分鐘），棄上清，用新鮮培養基重懸后分裝至新培養瓶。
→貼壁細胞傳代遵循標準流程：清洗—消化—終止—標記。消化環節尤為關鍵，胰酶需要在4℃環境中保存，使用前恢復常溫，消化時置于37℃環境中。但不建議整瓶預熱，反復多次預熱會導致剩余胰酶失活。
03 精準鑒定策略
▲隨著傳代次數增加，細胞身份確認成為保證研究可重復性的關鍵。
原代細胞的穩定性挑戰
▲原代細胞在傳代過程中面臨遺傳漂變和表型改變的雙重挑戰。以常見的小鼠星形膠質細胞為例，在純度和狀態都較好的情況下，通常只能傳3-5代。
□細胞鑒定關鍵技術
STR分析已成為細胞身份鑒定的金標準。該技術通過檢測短串聯重復序列的重復次數差異來確認細胞唯一性。武漢賽爾朗靈公司將其培養的新型癌種細胞經過STR鑒定，并將數據提交至ATCC數據庫進行比對，證實是“一例全球未記錄過的細胞”。
核型分析可檢測染色體數目和結構異常，是識別細胞是否發生轉化的有效手段。免疫組化鑒定則通過特定蛋白標志物的表達確認細胞類型和分化狀態。這些技術組合應用，構成細胞身份認證的多重保障系統。
□細胞污染與碎片識別
細胞培養中常見的“黑點”問題常讓研究者困惑：是污染還是碎片？當黑點不增殖、大小不均勻，高倍鏡下在原地震動，通常是細胞碎片。若黑點增殖、分布均勻，培養基變渾濁，則很可能是污染。
細胞碎片產生有四大原因：細胞懸浮液處理不當（過度振蕩）；細胞密度過高導致摩擦增加；細胞自然死亡；運輸環境壓力導致的應激反應。針對碎片問題，可采用PBS輕柔洗滌、控制胰酶消化時間、避免過度攪拌等技術手段減少其產生。
04 應用場景分析
不同的研究目標決定了細胞類型的選擇策略。
▲原代細胞的獨特價值
原代細胞在需要高度模擬體內環境的研究中具有不可替代的優勢。瑞士生物科技公司ArcoScreen開發的GPCR原代細胞篩選平臺就是一個典型案例。該平臺基于微流控技術，能夠直接在患者原代細胞中識別分子作用模式。
該技術能在昂貴的臨床試驗前快速、早期地預測藥物療效，將Ⅱ期臨床試驗的失敗率降低50%。作為唯一能直接對患者原代細胞進行非放射性GPCR篩選檢測的平臺，它能保留GPCR的原生環境，測試任意哺乳動物的原代細胞，幫助制藥公司更有效地測試藥物候選分子在患者體內的真實作用模式。
▲細胞系的規模化優勢
在需要大規模、高通量篩選的場景中，細胞系展現出明顯優勢。ArcoScreen擁有HEK-TRex或CHO-TRex細胞中85種人類GPCR可誘導細胞系庫，可提供完整的穩定細胞系開發服務。這種標準化細胞資源為藥物篩選提供了穩定、可重復的實驗基礎。
癌細胞系研究也依賴細胞系模型。雖然癌細胞系沒有接觸抑制特性，會疊著生長，但實際操作中，大部分癌細胞在營養消耗過快和環境惡化影響下，常未疊起就死亡，這也模擬了腫瘤內部的競爭環境。
▲特殊細胞類型的培養策略
不同細胞類型需要量身定制的培養方案：
內皮細胞培養中，血清含量需要精確控制。通常5%的血清濃度，既能保證內皮細胞的正常增殖，又能抑制其他細胞的生長。
上皮細胞培養挑戰較大。當上皮細胞生長困難時，可嘗試提高接種密度，換用較小培養皿，使用上皮專用培養基，并用0.1mg/ml膠原蛋白包被培養瓶。
干細胞培養要防止過早分化。關鍵是保證適宜的培養條件，選用高質量血清或無血清專用培養基，及時傳代，并保持每次傳代比例一致。
05 常見問題解答
問：原代細胞傳代后凍存，復蘇后算哪一代？
傳代20次后凍存的細胞，復蘇后應計為第21代。凍存操作只是讓細胞在超低溫環境下處于暫停狀態，不會影響細胞代數計算。
問：如何提高原代細胞增殖速度？
原代細胞對起始接種密度有要求，且需要適應新環境3-5天。建議保證合適接種密度，48小時內靜置培養，避免移動破壞細胞微環境。選擇適宜的培養基和培養表面包被（如膠原蛋白）也能促進增殖。
問：能否僅用EDTA消化細胞？
可以僅用EDTA消化，但因其消化效果較弱，只適用于貼壁不牢、極易消化的細胞類型。對于貼壁牢固的細胞，EDTA單獨使用效果有限。
問：間充質干細胞需要特殊培養條件嗎？
常見間充質干細胞可用含正常血清含量的培養基培養，也可根據實驗需求選擇無血清培養基。消化時，雖然傳統使用胰酶，但會對細胞造成累積損傷，建議使用消化效果更溫和的干細胞專用消化液。
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