在懸浮細(xì)胞(如淋巴細(xì)胞、腫瘤懸浮細(xì)胞、CHO 工程細(xì)胞)的體外培養(yǎng)與實(shí)驗(yàn)研究中,死細(xì)胞的積累是常見(jiàn)問(wèn)題。死細(xì)胞會(huì)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(xì)胞凋亡,同時(shí)其碎片會(huì)干擾流式檢測(cè)、細(xì)胞分選、蛋白純化等后續(xù)實(shí)驗(yàn),導(dǎo)致數(shù)據(jù)偏差或?qū)嶒?yàn)失敗。因此,高效、溫和地去除懸浮細(xì)胞中的死細(xì)胞,是保障細(xì)胞培養(yǎng)質(zhì)量與實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確性的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)。目前主流去除技術(shù)基于 “活細(xì)胞與死細(xì)胞的物理特性差異(密度、大小、沉降速率)” 或 “分子標(biāo)志物差異” 設(shè)計(jì),需根據(jù)細(xì)胞類(lèi)型、樣本量及實(shí)驗(yàn)需求選擇適配方案。
一、基于物理特性的死細(xì)胞去除技術(shù):溫和高效的常規(guī)選擇
懸浮細(xì)胞中活細(xì)胞與死細(xì)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(lèi)技術(shù)操作簡(jiǎn)便、對(duì)細(xì)胞損傷小,適合常規(guī)實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)景。
1. 密度梯度離心法:基于密度差異的精準(zhǔn)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(gòu)建連續(xù)或不連續(xù)密度梯度,通過(guò)離心力使活細(xì)胞與死細(xì)胞因密度不同在梯度中處于不同分層,從而實(shí)現(xiàn)分離。
操作要點(diǎn):需根據(jù)目標(biāo)細(xì)胞密度選擇梯度介質(zhì) —— 例如分離人外周血淋巴細(xì)胞時(shí),常用密度 1.077g/mL 的 Ficoll-Paque 溶液,活淋巴細(xì)胞密度略低于該值,會(huì)浮于梯度液上層,而死細(xì)胞、紅細(xì)胞密度更高,沉于梯度液下層或管底;培養(yǎng)的腫瘤懸浮細(xì)胞(如 Jurkat 細(xì)胞、K562 細(xì)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(gòu)建 1.040-1.070g/mL 的不連續(xù)梯度,通過(guò) 300-400×g 離心 15-20 分鐘(室溫或 4℃,避免高溫?fù)p傷細(xì)胞),活細(xì)胞會(huì)富集于 1.050-1.060g/mL 的界面層。
優(yōu)缺點(diǎn):優(yōu)點(diǎn)是回收率高(活細(xì)胞回收率可達(dá) 80%-90%)、純度高(死細(xì)胞去除率>95%),且梯度介質(zhì)(如 Percoll)滲透壓與細(xì)胞內(nèi)環(huán)境接近,對(duì)活細(xì)胞損傷小;缺點(diǎn)是需優(yōu)化梯度密度與離心參數(shù),操作時(shí)間較長(zhǎng)(約 30-60 分鐘),不適合超大量樣本(如 101?以上細(xì)胞)的快速處理。
2. 低速離心沉降法:基于沉降速率的簡(jiǎn)易分離
低速離心沉降法利用活細(xì)胞與死細(xì)胞的沉降速率差異(活細(xì)胞形態(tài)完整、密度均勻,沉降速率較死細(xì)胞更穩(wěn)定),通過(guò)控制離心力與時(shí)間實(shí)現(xiàn)分離,適合對(duì)純度要求不高、樣本量較大的場(chǎng)景(如大規(guī)模 CHO 細(xì)胞培養(yǎng))。
操作要點(diǎn):將細(xì)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(shí)活細(xì)胞因沉降速率較快,會(huì)部分沉淀于管底,而死細(xì)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(xì)胞),保留管底活細(xì)胞,用新鮮培養(yǎng)基重懸后即可。若需提高純度,可重復(fù)操作 1-2 次,但需注意每次離心后活細(xì)胞回收率會(huì)下降 5%-10%。
優(yōu)缺點(diǎn):優(yōu)點(diǎn)是操作極簡(jiǎn)便(無(wú)需特殊試劑)、耗時(shí)短(10-20 分鐘)、成本低,適合應(yīng)急處理;缺點(diǎn)是純度較低(死細(xì)胞去除率僅 60%-70%),易因離心力過(guò)高導(dǎo)致活細(xì)胞沉淀不完全或損傷,需提前通過(guò)預(yù)實(shí)驗(yàn)確定最佳離心參數(shù)。
3. 過(guò)濾法:基于體積差異的快速篩選
過(guò)濾法利用活細(xì)胞與死細(xì)胞(及碎片)的體積差異,通過(guò)特定孔徑的濾膜過(guò)濾細(xì)胞懸液,截留活細(xì)胞、去除小分子死細(xì)胞碎片,適合死細(xì)胞以碎片形式存在的場(chǎng)景(如細(xì)胞培養(yǎng)后期、凍融復(fù)蘇后)。
操作要點(diǎn):選擇孔徑略小于活細(xì)胞直徑的濾膜(如淋巴細(xì)胞直徑約 8-10μm,選 7μm 濾膜;腫瘤懸浮細(xì)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(xì)胞;將濾膜安裝于過(guò)濾漏斗,用少量新鮮培養(yǎng)基濕潤(rùn)濾膜后,緩慢加入細(xì)胞懸液(流速<1mL/min,避免壓力過(guò)大損傷細(xì)胞),待過(guò)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(xì)胞。
優(yōu)缺點(diǎn):優(yōu)點(diǎn)是快速(5-10 分鐘)、可處理大量樣本,適合去除死細(xì)胞碎片;缺點(diǎn)是無(wú)法分離完整死細(xì)胞(若死細(xì)胞體積與活細(xì)胞接近),且濾膜可能吸附部分活細(xì)胞(吸附率通常<5%),需提前檢測(cè)濾膜對(duì)目標(biāo)細(xì)胞的吸附性。
二、基于分子標(biāo)志物的死細(xì)胞去除技術(shù):高純度分選的精準(zhǔn)方案
當(dāng)實(shí)驗(yàn)對(duì)活細(xì)胞純度要求極高(如單細(xì)胞測(cè)序、細(xì)胞移植)時(shí),需基于活細(xì)胞與死細(xì)胞的分子標(biāo)志物差異(如細(xì)胞膜完整性、表面抗原)進(jìn)行分選,核心技術(shù)包括免疫磁珠分選法與流式細(xì)胞術(shù)分選法。
1. 免疫磁珠分選法:基于細(xì)胞膜完整性的靶向去除
免疫磁珠分選法利用 “死細(xì)胞細(xì)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(guò)偶聯(lián)特異性抗體的磁珠結(jié)合死細(xì)胞,再利用磁場(chǎng)分離死細(xì)胞與活細(xì)胞。
操作要點(diǎn):常用靶向死細(xì)胞的抗體包括抗磷脂酰絲氨酸(Annexin V)抗體(死細(xì)胞早期膜外翻標(biāo)志物)、抗單鏈 DNA(ssDNA)抗體(死細(xì)胞 DNA 降解標(biāo)志物);將細(xì)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(xì)胞懸液加入磁場(chǎng)分離柱,死細(xì)胞因結(jié)合磁珠被截留于柱內(nèi),活細(xì)胞隨洗脫液流出,收集洗脫液即可獲得高純度活細(xì)胞。
優(yōu)缺點(diǎn):優(yōu)點(diǎn)是純度極高(死細(xì)胞去除率>98%)、特異性強(qiáng),可同時(shí)去除完整死細(xì)胞與碎片;缺點(diǎn)是成本高(磁珠價(jià)格昂貴)、操作需嚴(yán)格控制溫度與孵育時(shí)間(避免抗體非特異性結(jié)合),適合小樣本(1×10?-1×10? cells)的高純度分選。
2. 流式細(xì)胞術(shù)分選法:多參數(shù)篩選的極致精準(zhǔn)
流式細(xì)胞術(shù)分選法通過(guò)熒光染料標(biāo)記死細(xì)胞,結(jié)合流式細(xì)胞儀的多參數(shù)檢測(cè)(熒光信號(hào)、散射光信號(hào)),精準(zhǔn)識(shí)別并分選活細(xì)胞,適合對(duì)細(xì)胞純度與活性要求極高的實(shí)驗(yàn)(如干細(xì)胞培養(yǎng)、細(xì)胞功能檢測(cè))。
操作要點(diǎn):常用死細(xì)胞熒光染料包括臺(tái)盼藍(lán)(無(wú)法進(jìn)入活細(xì)胞,死細(xì)胞呈藍(lán)色)、PI(碘化丙啶,僅進(jìn)入死細(xì)胞與 DNA 結(jié)合,激發(fā)后發(fā)紅色熒光)、7-AAD(死細(xì)胞特異性染料,發(fā)紅色熒光,對(duì)活細(xì)胞毒性更低);將細(xì)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(guò)流式細(xì)胞儀檢測(cè) —— 活細(xì)胞因無(wú)熒光信號(hào)、散射光信號(hào)穩(wěn)定(形態(tài)完整)被識(shí)別,死細(xì)胞因熒光陽(yáng)性被排除,通過(guò)分選模塊收集活細(xì)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(diǎn):優(yōu)點(diǎn)是純度最高(活細(xì)胞純度可達(dá) 99% 以上)、可同時(shí)分析細(xì)胞活性與表面標(biāo)志物(如分選 CD4?T 活細(xì)胞);缺點(diǎn)是設(shè)備昂貴(需流式分選儀)、操作復(fù)雜(需專(zhuān)業(yè)人員)、分選速度慢(每小時(shí)約 1×10? cells),且高速分選可能對(duì)活細(xì)胞造成一定損傷(活性下降 5%-10%)。
三、關(guān)鍵操作注意事項(xiàng)與技術(shù)選擇原則
無(wú)論選擇哪種方法,均需注意以下核心要點(diǎn)以保障活細(xì)胞質(zhì)量:
1.無(wú)菌操作:所有試劑(梯度介質(zhì)、磁珠、濾膜)需無(wú)菌處理,操作過(guò)程在超凈臺(tái)內(nèi)進(jìn)行,避免污染;
2.溫和處理:離心時(shí)避免過(guò)高轉(zhuǎn)速(>500×g),過(guò)濾時(shí)避免壓力過(guò)大,孵育熒光染料或磁珠時(shí)避免劇烈振蕩,減少活細(xì)胞損傷;
3.活性驗(yàn)證:去除死細(xì)胞后,需通過(guò)臺(tái)盼藍(lán)染色(活細(xì)胞拒染)或 MTT 法檢測(cè)活細(xì)胞比例,確保活細(xì)胞活性>90%(常規(guī)實(shí)驗(yàn))或>95%(精準(zhǔn)實(shí)驗(yàn))。
技術(shù)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(guò)濾法;
常規(guī)實(shí)驗(yàn)、對(duì)純度有要求:選密度梯度離心法;
精準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)(如細(xì)胞移植、蛋白表達(dá))、小樣本:選免疫磁珠分選法;
極致純度需求(如單細(xì)胞測(cè)序、干細(xì)胞研究):選流式細(xì)胞術(shù)分選法。
懸浮細(xì)胞中死細(xì)胞的有效去除,是保障細(xì)胞培養(yǎng)穩(wěn)定性與實(shí)驗(yàn)可靠性的基礎(chǔ)。不同技術(shù)各有優(yōu)劣,需結(jié)合細(xì)胞類(lèi)型、實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c樣本特征靈活選擇,同時(shí)通過(guò)規(guī)范操作減少活細(xì)胞損傷,最終實(shí)現(xiàn) “高效去除死細(xì)胞、最大保留活細(xì)胞活性” 的目標(biāo),為后續(xù)細(xì)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(xì)胞原料。