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一, 酶功能及適用范圍介紹
細(xì)胞作為生物的基本結(jié)構(gòu)單元(病毒除外),在生命活動(dòng)過(guò)程中扮演著重要角色,在生物醫(yī)藥領(lǐng)域經(jīng)常被用于基因和藥物研究的工具。實(shí)驗(yàn)使用到的細(xì)胞主要是細(xì)胞系(Cell line)和原代細(xì)胞(Primary cells),這兩種細(xì)胞各有優(yōu)缺點(diǎn),例如原代細(xì)胞能夠很好地模擬生物體內(nèi)的環(huán)境但是重復(fù)性差;細(xì)胞系雖然重復(fù)性好,但是不能很好地模擬生物體內(nèi)的環(huán)境。因此,很多時(shí)候在實(shí)驗(yàn)會(huì)需要進(jìn)行原代細(xì)胞的分離,對(duì)于原代細(xì)胞的分離主要是酶消化法,參與消化的酶因組織差異而存在不同,下邊就介紹一下實(shí)驗(yàn)室常用的用于分離原代細(xì)胞的酶。
(圖1 原代細(xì)胞與細(xì)胞系的比較)
胰蛋白酶(Tyrisin)是目前各細(xì)胞實(shí)驗(yàn)使用廣泛的細(xì)胞/組織消化試劑,工作濃度在0.25%胰酶(外加0.02%EDTA(0.53mM)),它適用于消化細(xì)胞間質(zhì)較少的軟組織,如胚胎、上皮、肝、腎等組織原代細(xì)胞的分離以及實(shí)驗(yàn)室的細(xì)胞傳代。它的作用機(jī)制是作用于精氨酸或賴氨酸相連接的肽腱,消除細(xì)胞間粘蛋白及糖蛋白,影響細(xì)胞骨架,從而使組織分散成單個(gè)細(xì)胞而分離獲得原代細(xì)胞(Primary cells)。
乙二胺四乙酸(ethylenediamine tetraacetic acid, EDTA)是,一種金屬螯合劑,用于螯合培養(yǎng)基或平衡液中的二價(jià)離子,有助于增強(qiáng)胰蛋白酶的水解功能;此外血清能夠降低胰酶活性,因此在終止消化的時(shí)候可以添加至少5%的血清去終止胰酶的消化。
二, 胰蛋白酶配制
胰蛋白酶(Tyrisin)是為一種蛋白酶,在細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)和原代細(xì)胞分離過(guò)程很常見(jiàn),尤其是細(xì)胞傳代或凍存消化過(guò)程最常見(jiàn)的酶,在此以0.25%胰酶配制舉例:
(1)稱取胰酶:電子天平稱取0.25g胰蛋白酶(Tyrisin),然后溶于100ml 無(wú)菌PBS;(2)低溫低速攪拌:在胰蛋白酶加入到PBS中后,需要低溫長(zhǎng)時(shí)間攪拌(4℃/冰浴,過(guò)夜-12-16h);(3)調(diào)節(jié)pH:胰酶的最佳消化pH在7.4左右,因此需要調(diào)整pH;(4)過(guò)濾分裝:一般使用0.22μm濾器進(jìn)行過(guò)濾,這樣幾乎就消除了細(xì)菌,可以多過(guò)濾1-2次,尤其在大批量制備時(shí)候;(5)分裝保存:根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的使用情況進(jìn)行分裝,然后凍存在-20℃,正在使用的少量胰蛋白消化液于4℃保存即可;
(備注:低速配制,高速會(huì)導(dǎo)致胰蛋白酶氣泡進(jìn)而酶的效力大大折扣,如果要加強(qiáng)消化能力,可以添加終濃度為0.02% EDTA(0.53mM)主要是消除PBS中Ca2+的影響,增強(qiáng)酶活性。)
三,原代細(xì)胞的分離(以小鼠腎臟為例)
對(duì)于原代細(xì)胞的分離成功與否最關(guān)鍵因素有三:(1)全程無(wú)菌操作;(2)選擇合適的酶和濃度;(3)選擇合適的消化時(shí)間?,F(xiàn)在以小鼠腎臟為例,進(jìn)行原代細(xì)胞分離的剖析:
(a)準(zhǔn)備工作
對(duì)于原代細(xì)胞分離培養(yǎng)通用的準(zhǔn)備工作主要涉及培養(yǎng)基(普通培養(yǎng)基,可以適當(dāng)添加細(xì)胞因子Egf和/或bFGF)、無(wú)菌操作環(huán)境(紫外燈15-30 min)、實(shí)驗(yàn)器材高壓滅菌、實(shí)驗(yàn)動(dòng)物。
(圖2 小鼠腎臟原代細(xì)胞分離示意圖)
(b)細(xì)胞分離步驟
(1)小鼠安樂(lè)/犧牲:大家要慢慢養(yǎng)成尊重動(dòng)物福利的習(xí)慣,不然后期各方面不好說(shuō),尤其是面向世界各地研究員;
(2)暴露小鼠腹腔:使用鑷子夾住小鼠(3周左右)腹部表面皮膚,在腹部中間橫向開(kāi)口約0.5cm,然后讓皮膚直接往上扯(有點(diǎn)殘忍,但是顯著性減少細(xì)菌感染);當(dāng)然有可以把腹部皮膚逐步用鑷子扯開(kāi),然后露出完整腹膜(千萬(wàn)別弄破);
(3)取出腎臟器官:使用無(wú)菌剪刀將腹膜縱向剪開(kāi),然后在小鼠腰部找到腎臟組織,使用鑷子將其取出;
(4)組織殺菌:將腎臟組織轉(zhuǎn)移至約10mlPBS(含3x or 2x 青霉素-鏈霉素)中反復(fù)顛倒消毒3-5 min;
(5)組織破碎:根據(jù)組織塊的大?。ㄒ话憬ㄗh不超過(guò)1cm3),轉(zhuǎn)移直尖底1.5ml EP管中,加入適量消化液(總體積不超ep管2/3),然后使用眼科鉗充分剪碎組織;
(6)胰酶消化:使用終濃度為1-2 mg/ml膠原酶 Ⅰ在37℃震蕩水浴搖床消化20-30min,可以在消化10min、15min、20min、25min、30min取出少量消化液查看消化液中單個(gè)細(xì)胞的情況(是否存在皺縮/組織塊),進(jìn)而確定最佳消化時(shí)間。
(7)過(guò)濾:體細(xì)胞直徑一般在10-20μm之間,但組織原代酶消化時(shí)候,不能用稍大一些的濾器,而是要大得多的濾器(能過(guò)濾掉組織就行),一般選擇200-400目(數(shù)值越大,濾網(wǎng)直接越?。?;
(8)離心收集細(xì)胞:在1000rpm左右離心5min獲得的過(guò)濾細(xì)胞懸液,并使用4℃預(yù)冷的培養(yǎng)基/PBS洗滌細(xì)胞3-5次;
(9)細(xì)胞種植:根據(jù)細(xì)胞計(jì)算,按照不同尺寸的細(xì)胞培養(yǎng)皿種植細(xì)胞,一般在培養(yǎng)皿的80-90%融合率即可,因此此時(shí)剛分離非細(xì)胞,可能細(xì)胞的分離有利于細(xì)胞生長(zhǎng),但是濃度太高則會(huì)因?yàn)榉蛛x過(guò)程存在死亡細(xì)胞,會(huì)釋放大量的損傷相關(guān)分子模式(DAMP)損傷正常細(xì)胞;
(10)細(xì)胞觀察與換液:一般在種植24h左右換液并觀察細(xì)胞,在36-48h根據(jù)細(xì)胞的密度和細(xì)胞狀態(tài)兩個(gè)因素,確定繼續(xù)培養(yǎng)還是傳代或者后續(xù)實(shí)驗(yàn)。