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逐典小课堂 | 组织细胞分离方法比较:机械分离法、酶法和化学法

2024-10-29

在生命科学研究和临床应用中,常常需要从组织中分离出细胞进行进一步的分析和培养。目前,主要的组织细胞分离方法有机械分离法、酶法和化学法。这些方法各有其独特的优势和局限性,下面我们将对它们进行详细的比较。

一、机械分离法

机械分离法是通过物理手段将组织分散成单个细胞或小细胞团的方法。常见的机械分离手段包括剪切、研磨和挤压等。

操作过程

  1. 剪切:使用手术剪刀或刀片将组织切成小块,以增加组织的表面积,便于后续的分离操作。在剪切过程中,需要注意保持组织的湿润,避免细胞干燥受损。

  2. 研磨:将组织块放在研钵中,用研杵轻轻研磨,使细胞从组织中释放出来。研磨的力度要适中,避免过度研磨导致细胞破碎。

  3. 挤压:通过挤压组织块,使细胞从组织的间隙中流出。可以使用注射器或其他工具进行挤压,但要注意控制压力,以免损伤细胞。

优点

  1. 操作简单:不需要复杂的设备和试剂,成本较低。在一些实验室条件有限的情况下,机械分离法是一种可行的选择。

  2. 对细胞的损伤较小:由于没有使用化学试剂或酶,减少了对细胞的化学和生物学损伤。这对于一些对化学物质敏感的细胞类型尤为重要。

  3. 适用于多种组织:对于一些较硬的组织,如软骨和骨组织,机械分离法可能是唯一可行的方法。此外,对于一些含有大量纤维组织的组织,如肌肉和心脏组织,机械分离法也可以有效地分离出细胞。

缺点

  1. 细胞产量低:由于机械分离法不能完全破坏组织的结构,因此细胞产量相对较低。尤其是对于一些紧密结合的组织,如肝脏和肾脏组织,机械分离法可能难以获得足够数量的细胞。

  2. 细胞纯度不高:分离出的细胞中可能含有较多的组织碎片和杂质,需要进一步纯化。这会增加实验的复杂性和时间成本。

  3. 可能引起细胞损伤:如果操作不当,机械分离过程可能会对细胞造成机械损伤,影响细胞的活力和功能。例如,过度研磨或挤压可能会导致细胞破碎或变形。

二、酶法

酶法是利用酶的消化作用将组织分散成单个细胞的方法。常用的酶包括胰蛋白酶、胶原酶和透明质酸酶等。

操作过程

  1. 选择合适的酶:根据组织的类型和特点,选择合适的酶进行消化。例如,对于软组织,如肝脏和肾脏,可以使用胰蛋白酶;对于结缔组织,如皮肤和肌肉,可以使用胶原酶;对于含有大量透明质酸的组织,如软骨组织,可以使用透明质酸酶。

  2. 消化组织:将组织块放入含有酶的溶液中,在适当的温度和 pH 值下进行消化。消化时间根据组织的类型和酶的活性而定,一般需要几十分钟到几个小时。在消化过程中,需要不断搅拌或振荡,以确保酶与组织充分接触。

  3. 终止消化:当组织被充分消化后,加入血清或其他抑制剂终止酶的活性。血清中的蛋白质可以与酶结合,从而抑制酶的活性。

  4. 分离细胞:将消化后的组织悬液通过过滤或离心等方法分离出单个细胞。过滤可以去除未消化的组织碎片和杂质,离心可以使细胞沉淀下来,便于收集。

优点

  1. 细胞产量高:酶法可以有效地破坏组织的结构,使细胞从组织中充分释放出来,因此细胞产量较高。尤其是对于一些紧密结合的组织,酶法可以获得大量的细胞。

  2. 细胞纯度高:通过选择合适的酶和优化消化条件,可以减少组织碎片和杂质的产生,提高细胞的纯度。此外,酶法还可以根据细胞的特性进行特异性消化,从而分离出特定类型的细胞。

  3. 对细胞的损伤较小:与机械分离法相比,酶法对细胞的损伤较小,因为酶的消化作用相对温和。酶可以特异性地分解细胞间的连接物质,而不会对细胞本身造成明显的损伤。

缺点

  1. 操作复杂:需要使用特定的酶和设备,操作过程相对复杂。不同的酶需要不同的消化条件,如温度、pH 值和消化时间等,这需要实验人员具备一定的经验和技术。

  2. 成本较高:酶的价格较高,而且需要一定的技术和经验来选择和使用酶,因此成本较高。此外,酶法还需要使用一些特殊的设备,如恒温摇床和离心机等,这也增加了实验的成本。

  3. 可能引起细胞损伤:如果酶的活性过高或消化时间过长,可能会对细胞造成损伤,影响细胞的活力和功能。此外,一些酶可能会残留在细胞中,对细胞的后续培养和实验产生影响。

三、化学法

化学法是利用化学试剂的作用将组织分散成单个细胞的方法。常用的化学试剂包括乙二胺四乙酸(EDTA)、十二烷基硫酸钠(SDS)和 Triton X-100 等。

操作过程

  1. 选择合适的化学试剂:根据组织的类型和特点,选择合适的化学试剂进行处理。例如,对于一些较难分离的组织,如神经组织,可以使用 EDTA 或 Triton X-100。对于一些含有大量蛋白质的组织,如肝脏和肾脏组织,可以使用 SDS。

  2. 处理组织:将组织块放入含有化学试剂的溶液中,在适当的温度和时间下进行处理。处理时间根据组织的类型和化学试剂的浓度而定,一般需要几分钟到几十分钟。在处理过程中,需要不断搅拌或振荡,以确保化学试剂与组织充分接触。

  3. 分离细胞:将处理后的组织悬液通过过滤或离心等方法分离出单个细胞。过滤可以去除未消化的组织碎片和杂质,离心可以使细胞沉淀下来,便于收集。

优点

  1. 操作简单:与酶法相比,化学法的操作相对简单,不需要使用特定的酶和设备。化学试剂通常可以直接购买,使用方便。

  2. 成本较低:化学试剂的价格相对较低,而且使用方便,因此成本较低。此外,化学法不需要使用一些特殊的设备,如恒温摇床和离心机等,这也降低了实验的成本。

  3. 对细胞的损伤较小:一些化学试剂对细胞的损伤较小,如 EDTA 可以与钙离子结合,破坏细胞间的连接,从而使细胞分离出来,而不会对细胞造成明显的损伤。

缺点

  1. 细胞产量低:化学法不能像酶法那样有效地破坏组织的结构,因此细胞产量相对较低。尤其是对于一些紧密结合的组织,化学法可能难以获得足够数量的细胞。

  2. 细胞纯度不高:分离出的细胞中可能含有较多的组织碎片和杂质,需要进一步纯化。这会增加实验的复杂性和时间成本。

  3. 可能引起细胞损伤:一些化学试剂对细胞有一定的毒性,如 SDS 和 Triton X-100 等,如果使用不当,可能会对细胞造成损伤,影响细胞的活力和功能。此外,一些化学试剂可能会残留在细胞中,对细胞的后续培养和实验产生影响。

综上所述,机械分离法、酶法和化学法各有优缺点,在实际应用中应根据组织的类型和特点、实验目的和要求等因素选择合适的分离方法。同时,为了提高细胞的产量和纯度,减少对细胞的损伤,可以结合多种分离方法进行综合应用。例如,可以先使用机械分离法将组织切成小块,然后再使用酶法或化学法进行进一步的分离。此外,在分离过程中,还应注意控制实验条件,如温度、pH 值和消化时间等,以确保分离效果和细胞的活力。

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