概述:凡混入細胞培養環境中對細胞生存有害的成分和造成細胞不純的異物都應視為汙染,細胞汙染不能完全被消除,但能減少其發生的頻率和後果的嚴重性。細胞汙染根據汙染源主要可以分為物理性,化學性和生物性汙染。
物理性汙染的來源、危害及預防:物理性汙染常常被人們所忽視或被籠統地歸為化學性汙染。物理性汙染通過影響細胞培養體系中的生化成分,從而影響細胞的代謝。培養環境中的物理因素,如溫 度、放射線、振動、輻射(紫外線或螢光)會對細胞產生影響。細胞、培養液或其它培養試劑暴露於放射線、輻射或過冷過熱的溫度中,可以引起細胞代謝發生改變,如細胞同步化、細胞生長受抑制甚至細胞死亡。通過實驗室 的合理設計及建立規範的操作規程,可以減少環境中物理因素對細胞的影響。孵箱應放在溫度較恆定的環境中,周圍不能放置能引起機械振動的設備,如離心機。培養液及培養試劑應放在固定的位置,為避免光照試劑不能放在玻璃門的冰箱中,試劑周圍不能放同位素。培養液從冰箱中取出後應在室溫中放置一段時間後再進行實驗,以避免過冷的溫度對細胞的影響。
化學性汙染的來源、危害及預防 :培養環境中許多化學物質都可以引起細胞的汙染 。化學物質並不總是抑制細胞的生長,某些化學物質如激素就可促進細胞的生長。不同細胞對化學物質汙染的反應是不一樣的。未純化的物質、試劑、水、血清、生 長輔助因子及儲存試劑的容器都可能成為化學性汙染的來源。細胞培養的必需養分,如胺基酸,若濃度超過了合適的範圍,也會對細胞產生毒性。同樣,不同細胞系 其最佳培養條件下對血清和緩衝液的要求是不一樣的,在培養中應嚴格控制。玻璃製品清洗過程中殘留的變性劑或肥皂(通常殘留在瓶蓋的內表面)是最常見的化學性汙染。水是唯一一種在凝固時 膨脹的化合物。因此在選擇凍存細胞的容器時應考慮到這個因素。容器因水的膨脹而發生破裂是引起試劑汙染的重要原因。為了避免金屬離子、有機分子、細胞內毒素等物質對水的汙染,在配製液體,清洗容器時必須使用不含雜質的超純水 。需要注意的是,超純水放置過久其純度會下降。在高壓蒸氣滅菌及蒸餾水時水經常被汙染,因為高壓蒸氣鍋及純水機的常規維護後可能有少量的化學物質殘留。為 了保證水的純度,我們應採取措施儘量避免化學物質的殘留。動物血清是細胞培養中常用的天然培養基,但血清又是潛在的生物及化學汙染的來源。由於血清採集於多個動物,而且不同廠商的生產工藝及質量各不相同,因此血 清中許多成分的濃度存在很大的變異。血清對不同細胞的促生長能力及毒副作用取決於這些細胞的分化功能、組織來源及培養基的成分等因素。在進行一系列實驗 時,為了保證實驗的可重複性,最好選用同一批次的血清。培養液、培養附加成分、試劑 培養液、培養附加成分、試劑都可能成為化學性汙染的來源。細胞培養使用的所有物質都應是高純度的,並經過權威機構的鑑定,實驗者本人也應對上述成分進行 純度鑑定。同時,正確配置和儲存培養液及試劑也是非常重要的,應該採取標準的操作步驟,避免液體體積計算錯誤,混用類似化合物等錯誤。
器皿及容器 細胞培養過程中會使用到各種不同的培養器皿及容器。培養器皿的大小,構形設計可能會影響到培養中氣體交換、溼度、培養液的pH值和細胞生長密度。培養器 皿的工藝及滅菌過程中的差異可能對培養體系產生影響。塑料製品在生產過程中可能殘留一些有毒成形劑,生產工藝的不同可能引起器皿表面附著能力的不同。儲存 不同物質時應選用合適的塑料或玻璃容器,因為酒精、強酸、強鹼能夠溶解塑料或玻璃的某些成分。
微生物汙染
由於體外培養的細胞自身沒有抵抗汙染的能力,而在培養基中加抗生素的抗汙染能力也是有限的,因而細胞微生物汙染一旦發生往往是無法挽救的。一般在細胞受到汙染早期或汙染較輕時,能及時處理並除去汙染物,部分細胞還有可能得到挽救。但當細胞持續在汙染環境中生長時,輕者細胞生長緩慢,分裂相減少,細胞變得粗糙,輪廓增強,胞漿中出現較多的顆粒物質;較重的細胞增殖停止,分裂相消失,細胞質中出現大量堆積物,細胞變圓或崩解,從瓶壁脫落。
不同的微生物汙染物對細胞的影響也有差別,微生物中支原體和病毒對細胞形態和技能的影響是長期的,緩慢的和潛在的。而黴菌和細菌增殖迅速,能在很短的時間內抑制細胞生長或產生有毒物質殺滅細胞。
黴菌汙染
表現:真菌的種類很多,汙染的多是麴黴菌,白色念珠菌,酵母菌,黑黴菌,孢子菌等。黴菌汙染後多數在培養液中形成淡黃色或是白色的漂浮物,一般肉眼可見,較易被發現,短期內培養液多不變混濁。倒置顯微鏡下可以看見細胞之間有縱橫交錯穿行的絲狀,樹枝狀或管狀菌絲,並漂浮在培養液中。很多菌絲在高倍鏡下可以看見鏈狀排列的菌株。念珠菌及酵母菌菌株呈卵圓形,散在細胞上及細胞周邊生長。有時通過顯微鏡可能會發現在培養瓶外壁生長的菌絲,較易誤認為汙染。發現瓶外的菌絲後應及時用酒精擦拭乾淨。
處理:首先,需確定汙染物是細菌、真菌、支原體,還是酵母。現在你確認是黴菌汙染。因此,儘快把汙染細胞與其它細胞系隔離開,同時需要對實驗過程中所用的器材和試劑做處理。
一般來說,高濃度的抗生素和抗黴菌素都可能對細胞或細胞系有毒性作用,因而,做劑量反應實驗確定抗生素和抗黴菌素產生毒性的劑量水平。這點在使用抗生素如兩性黴素B和抗黴菌素如泰樂菌素時尤其重要。
下面是推薦的確定毒性水平和消除培養汙染的實驗步驟。
1) 在無抗生素的培養基中消化、計數和稀釋細胞,稀釋到常規細胞傳代的濃度。
2) 分散細胞懸液到多孔培養板中,或幾個小培養瓶中。在一個濃度梯度範圍內,把選擇抗生素加入到每一個孔中。例如,兩性黴素B推薦下列濃度,0.25,0.50,1.0,2.0,4.0,8.0 mg/ml。
3) 每天觀測細胞毒性指標,如脫落,出現空泡,匯合度下降和變圓。
4) 確定抗生素毒性水平後,使用低於毒性濃度2-3倍濃度的抗生素的培養液培養細胞2-3代。
5) 在無抗生素的培養基中培養細胞一代。
6) 重複步驟4。
7) 在無抗生素的培養基中培養4-6代,確定汙染