在懸浮細胞(如淋巴細胞、腫瘤懸浮細胞、CHO 工程細胞)的體外培養(yǎng)與實驗研究中,死細胞的積累是常見問題。死細胞會釋放核酸酶、蛋白酶等有害物質(zhì),破壞培養(yǎng)基成分、引發(fā)活細胞凋亡,同時其碎片會干擾流式檢測、細胞分選、蛋白純化等后續(xù)實驗,導致數(shù)據(jù)偏差或?qū)嶒炇 R虼耍咝А睾偷厝コ龖腋〖毎械乃兰毎潜U?a data-mid="3" href="http://m.qlxyy.com/a/Information">細胞培養(yǎng)質(zhì)量與實驗準確性的關鍵技術環(huán)節(jié)。目前主流去除技術基于 “活細胞與死細胞的物理特性差異(密度、大小、沉降速率)” 或 “分子標志物差異” 設計,需根據(jù)細胞類型、樣本量及實驗需求選擇適配方案。
一、基于物理特性的死細胞去除技術:溫和高效的常規(guī)選擇
懸浮細胞中活細胞與死細胞的物理特性差異(如密度、體積、變形能力)是物理去除方法的核心依據(jù),這類技術操作簡便、對細胞損傷小,適合常規(guī)實驗室場景。
1. 密度梯度離心法:基于密度差異的精準分層
密度梯度離心是最常用的方法之一,其原理是利用梯度介質(zhì)(如 Ficoll-Paque、Percoll、OptiPrep)構建連續(xù)或不連續(xù)密度梯度,通過離心力使活細胞與死細胞因密度不同在梯度中處于不同分層,從而實現(xiàn)分離。
操作要點:需根據(jù)目標細胞密度選擇梯度介質(zhì) —— 例如分離人外周血淋巴細胞時,常用密度 1.077g/mL 的 Ficoll-Paque 溶液,活淋巴細胞密度略低于該值,會浮于梯度液上層,而死細胞、紅細胞密度更高,沉于梯度液下層或管底;培養(yǎng)的腫瘤懸浮細胞(如 Jurkat 細胞、K562 細胞)密度通常為 1.050-1.060g/mL,可選用 Percoll(可自主調(diào)節(jié)密度)構建 1.040-1.070g/mL 的不連續(xù)梯度,通過 300-400×g 離心 15-20 分鐘(室溫或 4℃,避免高溫損傷細胞),活細胞會富集于 1.050-1.060g/mL 的界面層。
優(yōu)缺點:優(yōu)點是回收率高(活細胞回收率可達 80%-90%)、純度高(死細胞去除率>95%),且梯度介質(zhì)(如 Percoll)滲透壓與細胞內(nèi)環(huán)境接近,對活細胞損傷小;缺點是需優(yōu)化梯度密度與離心參數(shù),操作時間較長(約 30-60 分鐘),不適合超大量樣本(如 101?以上細胞)的快速處理。
2. 低速離心沉降法:基于沉降速率的簡易分離
低速離心沉降法利用活細胞與死細胞的沉降速率差異(活細胞形態(tài)完整、密度均勻,沉降速率較死細胞更穩(wěn)定),通過控制離心力與時間實現(xiàn)分離,適合對純度要求不高、樣本量較大的場景(如大規(guī)模 CHO 細胞培養(yǎng))。
操作要點:將細胞懸液(濃度 1×10?-1×10? cells/mL)置于離心管中,以 50-100×g 低速離心 5-8 分鐘 —— 此時活細胞因沉降速率較快,會部分沉淀于管底,而死細胞(多為腫脹或破裂狀態(tài),密度低)多懸浮于上清液中;小心吸取上層 1/3-1/2 上清液丟棄(含大量死細胞),保留管底活細胞,用新鮮培養(yǎng)基重懸后即可。若需提高純度,可重復操作 1-2 次,但需注意每次離心后活細胞回收率會下降 5%-10%。
優(yōu)缺點:優(yōu)點是操作極簡便(無需特殊試劑)、耗時短(10-20 分鐘)、成本低,適合應急處理;缺點是純度較低(死細胞去除率僅 60%-70%),易因離心力過高導致活細胞沉淀不完全或損傷,需提前通過預實驗確定最佳離心參數(shù)。
3. 過濾法:基于體積差異的快速篩選
過濾法利用活細胞與死細胞(及碎片)的體積差異,通過特定孔徑的濾膜過濾細胞懸液,截留活細胞、去除小分子死細胞碎片,適合死細胞以碎片形式存在的場景(如細胞培養(yǎng)后期、凍融復蘇后)。
操作要點:選擇孔徑略小于活細胞直徑的濾膜(如淋巴細胞直徑約 8-10μm,選 7μm 濾膜;腫瘤懸浮細胞直徑約 12-15μm,選 10μm 濾膜),濾膜材質(zhì)優(yōu)先選用親水性聚醚砜(PES)或尼龍,避免疏水性材質(zhì)吸附細胞;將濾膜安裝于過濾漏斗,用少量新鮮培養(yǎng)基濕潤濾膜后,緩慢加入細胞懸液(流速<1mL/min,避免壓力過大損傷細胞),待過濾完成后,用 5-10mL 培養(yǎng)基沖洗濾膜 2-3 次,收集濾膜上截留的活細胞。
優(yōu)缺點:優(yōu)點是快速(5-10 分鐘)、可處理大量樣本,適合去除死細胞碎片;缺點是無法分離完整死細胞(若死細胞體積與活細胞接近),且濾膜可能吸附部分活細胞(吸附率通常<5%),需提前檢測濾膜對目標細胞的吸附性。
二、基于分子標志物的死細胞去除技術:高純度分選的精準方案
當實驗對活細胞純度要求極高(如單細胞測序、細胞移植)時,需基于活細胞與死細胞的分子標志物差異(如細胞膜完整性、表面抗原)進行分選,核心技術包括免疫磁珠分選法與流式細胞術分選法。
1. 免疫磁珠分選法:基于細胞膜完整性的靶向去除
免疫磁珠分選法利用 “死細胞細胞膜破損,暴露胞內(nèi)抗原(如磷脂酰絲氨酸外翻、DNA 片段)” 的特性,通過偶聯(lián)特異性抗體的磁珠結合死細胞,再利用磁場分離死細胞與活細胞。
操作要點:常用靶向死細胞的抗體包括抗磷脂酰絲氨酸(Annexin V)抗體(死細胞早期膜外翻標志物)、抗單鏈 DNA(ssDNA)抗體(死細胞 DNA 降解標志物);將細胞懸液與磁珠(如 10μL 磁珠 / 1×10? cells)在 4℃避光孵育 10-15 分鐘,期間輕柔混勻,避免磁珠聚集;將孵育后的細胞懸液加入磁場分離柱,死細胞因結合磁珠被截留于柱內(nèi),活細胞隨洗脫液流出,收集洗脫液即可獲得高純度活細胞。
優(yōu)缺點:優(yōu)點是純度極高(死細胞去除率>98%)、特異性強,可同時去除完整死細胞與碎片;缺點是成本高(磁珠價格昂貴)、操作需嚴格控制溫度與孵育時間(避免抗體非特異性結合),適合小樣本(1×10?-1×10? cells)的高純度分選。
2. 流式細胞術分選法:多參數(shù)篩選的極致精準
流式細胞術分選法通過熒光染料標記死細胞,結合流式細胞儀的多參數(shù)檢測(熒光信號、散射光信號),精準識別并分選活細胞,適合對細胞純度與活性要求極高的實驗(如干細胞培養(yǎng)、細胞功能檢測)。
操作要點:常用死細胞熒光染料包括臺盼藍(無法進入活細胞,死細胞呈藍色)、PI(碘化丙啶,僅進入死細胞與 DNA 結合,激發(fā)后發(fā)紅色熒光)、7-AAD(死細胞特異性染料,發(fā)紅色熒光,對活細胞毒性更低);將細胞懸液與熒光染料(如 PI 終濃度 5μg/mL)在室溫避光孵育 5-10 分鐘,通過流式細胞儀檢測 —— 活細胞因無熒光信號、散射光信號穩(wěn)定(形態(tài)完整)被識別,死細胞因熒光陽性被排除,通過分選模塊收集活細胞,分選后需用培養(yǎng)基洗滌 1-2 次去除殘留染料。
優(yōu)缺點:優(yōu)點是純度最高(活細胞純度可達 99% 以上)、可同時分析細胞活性與表面標志物(如分選 CD4?T 活細胞);缺點是設備昂貴(需流式分選儀)、操作復雜(需專業(yè)人員)、分選速度慢(每小時約 1×10? cells),且高速分選可能對活細胞造成一定損傷(活性下降 5%-10%)。
三、關鍵操作注意事項與技術選擇原則
無論選擇哪種方法,均需注意以下核心要點以保障活細胞質(zhì)量:
1.無菌操作:所有試劑(梯度介質(zhì)、磁珠、濾膜)需無菌處理,操作過程在超凈臺內(nèi)進行,避免污染;
2.溫和處理:離心時避免過高轉(zhuǎn)速(>500×g),過濾時避免壓力過大,孵育熒光染料或磁珠時避免劇烈振蕩,減少活細胞損傷;
3.活性驗證:去除死細胞后,需通過臺盼藍染色(活細胞拒染)或 MTT 法檢測活細胞比例,確保活細胞活性>90%(常規(guī)實驗)或>95%(精準實驗)。
技術選擇需遵循 “需求適配” 原則:
常規(guī)培養(yǎng)、樣本量大、成本敏感:優(yōu)先選低速離心沉降法或過濾法;
常規(guī)實驗、對純度有要求:選密度梯度離心法;
精準實驗(如細胞移植、蛋白表達)、小樣本:選免疫磁珠分選法;
極致純度需求(如單細胞測序、干細胞研究):選流式細胞術分選法。
懸浮細胞中死細胞的有效去除,是保障細胞培養(yǎng)穩(wěn)定性與實驗可靠性的基礎。不同技術各有優(yōu)劣,需結合細胞類型、實驗目的與樣本特征靈活選擇,同時通過規(guī)范操作減少活細胞損傷,最終實現(xiàn) “高效去除死細胞、最大保留活細胞活性” 的目標,為后續(xù)細胞功能研究、藥物篩選或產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)提供高質(zhì)量細胞原料。