細胞培養(yǎng)發(fā)展歷史

1856年，實現(xiàn)紅豆杉細胞培養(yǎng)生產紫杉醇的突破。1885年，Roux溫生理鹽水培育雞胚組織；1887年，培養(yǎng)皿(英文：Petridish)由在德國生物學家羅伯特?科赫手下工作的細菌學家朱利斯?理查德?佩特里(JuliusRichardPetri，1852-1921)于1887年設計，故也稱為“佩特里皿”。是一種用于細胞培養(yǎng)的實驗室器皿，由—平面圓盤狀的底和—蓋組成，一般用玻璃或塑料制成。1902年，植物細胞培養(yǎng)是在植物組織培養(yǎng)技術基礎上發(fā)展起來的。1902年Haberlandt確定了植物的單個細胞內存在其生命體的全部能力(全能性)，使成為植物組織培養(yǎng)的開端。其后，為了實現(xiàn)分裂組織的無限生長，對外植體的選擇及培養(yǎng)基等方面進行了探索。1906年，Beebe和Ewing用蓋片懸滴培養(yǎng)法，以動物血清做培養(yǎng)基，培養(yǎng)狗淋巴細胞存活了72小時?，F(xiàn)代細胞培養(yǎng)是從Harrison(1907)和Carrel(1912)兩人開始的。Harrison參考前人經驗，創(chuàng)建了蓋片覆蓋凹窩玻璃懸滴培養(yǎng)法。1907年，哈里森(Harrison)在無菌條件下用淋巴液作培養(yǎng)基，培養(yǎng)蛙胚神經組織存活數(shù)周，并觀察到神經細胞突起的生長過程，由此創(chuàng)建了蓋片覆蓋凹窩玻璃懸滴培養(yǎng)法，奠定了動物組織體外培養(yǎng)的基礎。1910-1912年，Carrel采用無菌操作、更新培養(yǎng)基、傳代，完善了懸滴培養(yǎng)法；1912年，Haberlandt的學生Kotte和美國的Robins在根尖培養(yǎng)中獲得了組織培養(yǎng)的成功。Kotte采用了無機鹽、葡萄糖、蛋白胨、天冬酰胺，及添加各種氨基酸的培養(yǎng)基。1915年，昆蟲細胞培養(yǎng)的鼻祖是德國人forhardBendict(1878—1958)，發(fā)表了有關昆蟲細胞培養(yǎng)的第一篇文章。1923年，Carral設計創(chuàng)立了卡氏瓶培養(yǎng)法，用此法可根據需要隨時更換培養(yǎng)液，既有利于組織不斷生長，又可以運用不同種類的營養(yǎng)液培養(yǎng)不同的細胞，極大地推動了當時組織培養(yǎng)研究。在培養(yǎng)基方面，Earle在1948年設計了含有碳酸氫鈉等鹽類的Earle氏鹽溶液，Hank’s在1949年設計了Hank’s氏鹽溶液。Earle、Dulbecco等于1943年創(chuàng)建單層細胞培養(yǎng)法，首建長期傳代的L-細胞系;1948年Sanford創(chuàng)建單細胞分離培養(yǎng)法，獲L-細胞純系。1948年，體外細胞毒性試驗細胞毒性實驗它是利用體外細胞培養(yǎng)的方法，測定細胞溶解，抵制細胞生長的毒性作用來評價生物材料的潛在細胞毒性。1948年，RosenBluth等首次報道利用鼠成纖維細胞培養(yǎng)來篩選聚合物，開始了細胞毒性試驗評價生物材料的生物相容性的研究與應用工作。1950年，Enders及其同事發(fā)表了第一篇關于在培養(yǎng)細胞中生長病毒的報告，開拓了以動物病毒為研究對象的新領域。作為大規(guī)模細胞培養(yǎng)，Copsik等人成功的進行了有關倉鼠腎細胞(BHK)的懸浮培養(yǎng)。

1951年，Dulbecco等采用胰蛋白酶消化組織培養(yǎng)法，獲得了單層細胞培養(yǎng)，并開始應用人工合成培養(yǎng)液。 隨著抗生素的普遍應用，體外培養(yǎng)細胞已經是分離、鑒定和大量培養(yǎng)病毒的簡便而又十分有效的工具。1951年，Gey首建人腫瘤細胞——Hela細胞系。1952年，水痘一帶狀皰疹是由一種DNA病毒即水痘一帶狀皰疹病毒(varicella-zostervirus，VZV)感染引起，該病毒1952年由Weller等首先通過細胞培養(yǎng)獲得。1954年，Peebles采自麻疹病人的材料進行人的腎臟細胞培養(yǎng)，從而成功地分離到病毒。乙醚易使病毒鈍化。用人細胞、猴腎等作為第一代培養(yǎng)的細胞，再以FL.Hela細胞等的株細胞進一步增殖，并可在雞胚的羊膜和絨毛尿囊膜上進行減毒增殖。1955年，恩德斯(J.H.Enders)發(fā)表了用組織細胞培養(yǎng)分離麻疹病毒成功的報告。中國第一代醫(yī)學病毒學家湯飛凡認為這是病毒方法學的一個突破，必須盡快掌握它。1955年，他就領導聞仲權開始建立了人胚和猴腎細胞的組織培養(yǎng)。1956年，支原體是一種能營獨立生活的最小微生物,它沒有堅韌的細胞壁，故其形態(tài)有較大的可塑性，容易通過細菌濾器,是動物細胞系長期培養(yǎng)中常見的污染源。1956年由Robison['〕首次從體外細胞培養(yǎng)物中分離出支原體。1957年，各種培養(yǎng)瓶、培養(yǎng)基孕育而生。1957年Dulbecco實驗室采用胰蛋白酶消化處理，使成塊的組織分散成單個細胞，進行懸液培養(yǎng)，從而開創(chuàng)了細胞培養(yǎng)技術。用單層細胞培養(yǎng)法可以建立很多細胞系(cellline)，通過單細胞分離培養(yǎng)法又可建立克隆細胞株(clone或cellstrain)。1958年，狂犬病毒適應于在細胞培養(yǎng)中增殖，隨后利用該技術生產的細胞培養(yǎng)疫苗在安全性和效力上都日臻完善。1958年，陳善明先生等老一輩科學家?guī)ьI科研人員根據新疆地區(qū)的資源特點，首先開展了動物病毒學的研究，為新疆生物化學的研究開創(chuàng)了局。利用兔腎、牛腎、羊腎和雞脾等原代單層細胞，進行口蹄疫病毒的研究。采用兔腎細胞培養(yǎng)出的A型III系口蹄疫苗，深受牧區(qū)廣大牧民的歡迎。1958年，日本科學家崗田用滅活的仙臺病毒誘導人的腹水癌細胞融合成功。后來科學家們又成功地誘導了不同種動物的體細胞融合，并且能將雜種細胞培養(yǎng)成活。隨著細胞融合技術的不斷改進，現(xiàn)在這項技術已經廣泛應用于細胞學、遺傳學、免疫學、病毒學等多種學科的研究工作中。1959年，美國M.Klein等用牛腎細胞培養(yǎng)物最先分離到腺病毒(命名為“10”系腺病毒)，其抗原結構類似于人腺病毒。1960年1960年，人的外周血淋巴細胞培養(yǎng)方法是1960年由Moorhead提出來的。正常情況下，人外周血小淋巴細胞都處在G1期(或G0期)，但在體外給予一定的條件，進行培養(yǎng)，經72h就可獲得大量的有絲分裂細胞。這種取材簡易、用血量少的培養(yǎng)方法已被廣泛采用。

1961年，Hayflick首建人二倍體細胞系25種，開辟了應用新方向。1962年，由Murashige和Skoog為煙草細胞培養(yǎng)設計的MS培養(yǎng)基，其特點是無機鹽和離子濃度較高，是較穩(wěn)定的離子平衡溶液，它的硝酸鹽含量高，其養(yǎng)分的數(shù)量和比例合適，能滿足植物細胞的營養(yǎng)和生理需要，因而適用范圍比較廣，多數(shù)植物組織培養(yǎng)快速繁殖用。1963年，進行了單細胞克隆。原始的細胞株是成纖維細胞，貼壁依賴性。但后來經無數(shù)次傳代后細胞可懸浮生長，它廣泛用于增殖各種病毒，生產獸用疫苗。1964年，我國就開始進行人參細胞培養(yǎng)。1965年，有學者在進行魚類細胞培養(yǎng)時，首次發(fā)現(xiàn)魚類細胞能夠分泌類似哺乳類IFN的抗病毒活性物質，之后陸續(xù)發(fā)現(xiàn)多種魚類機體和體外培養(yǎng)細胞均能誘生出IFN。1966年，Steele和Breg成功的進行了羊水細胞培養(yǎng)及胎兒核型分析之后，使羊膜腔穿刺術廣泛地應用于胎兒染色體疾病及先天性代謝病的產前...Cordocentesis），隨后此方法開始廣泛應用于胎兒疾病的產前診斷。1967年，Mancini和Yates在雞胚腦細胞培養(yǎng)中首次成功繁殖了AEV的VR株。隨后雞胚成纖維細胞、腎細胞、神經膠質細胞和雛雞胰細胞也被用于病毒適應株和野毒株的培養(yǎng)，病毒滴度，特別是自然毒株，一般較低，且未見細胞病變。1967年，HyClone實驗室創(chuàng)建于1967年，從為美國大學基礎研究中的細胞培養(yǎng)開發(fā)高質量的胎牛血清做起，HyClone最先使用科學的收集方法和生產工藝生產出了內毒素和血紅蛋白含量極低的高品質血清。第一個使用了高效過濾方法，大大的提高了FBS的質量和促生長特性。1969年，煙草的單個單倍體孢子培養(yǎng)成了完整的單倍體植株。1970年，Melchers在金魚草懸浮細胞培養(yǎng)中獲得了溫度突變體。1970年,PSCarlson、H.Binding和YMHeimer等人分別分離出煙草營養(yǎng)缺陷型細胞、矮牽?？规溍顾丶毎导盁煵菘固K氨酸細胞系。1971年，地鼠腎細胞疫苗（PHKCV）：原代地鼠腎細胞培養(yǎng)疫苗，加拿大、前蘇聯(lián)于1971年開始使用。1972年，中空纖維細胞培養(yǎng)是由RAKnazek于1972年模擬體內微循環(huán)，設計了小型中空纖維細胞培養(yǎng)裝置，中空纖維是用聚砜或丙烯的聚合物制成。培養(yǎng)細胞在中空纖維上能不斷從流動培養(yǎng)液獲得營養(yǎng)物質，細胞代謝產物和分泌物又可隨培養(yǎng)液的流動運走。1973年，紅豆杉細胞大量培養(yǎng)在我國也獲得初步成功，從細胞培養(yǎng)物中得到了貴重的抗癌藥物紫杉醇，但產率還有待提高。1975年，角質形成細胞體外培養(yǎng)技術是在Rheinwald和Green于1975年創(chuàng)立的飼養(yǎng)層細胞培養(yǎng)方法的基礎上逐漸發(fā)展起來的。1975年，Sato成功地用無血清培養(yǎng)基培養(yǎng)了垂體細胞株CH4，還有人用HamF12無血清細胞培養(yǎng)基成功地克隆了CHO細胞。

1976年，VanWezel首次報道使用微載體培養(yǎng)動物細胞，創(chuàng)立了生物反應器微載體培養(yǎng)細胞工藝，使動物細胞培養(yǎng)進入高密度培養(yǎng)階段。1977年，Dexter創(chuàng)立了骨髓細胞長期培養(yǎng)，可支持粒系血細胞的分化和成熟。1978年，植物細胞培養(yǎng)技術的應用范圍得到了迅速發(fā)展，利用體細胞無性系產生的大量變異，再結合人工誘變方法對植物組織或細胞進行突變體篩選，已經獲得了許多抗病抗蟲，抗除草劑、矮稈、高蛋白等新品種。1979年，Provost首次在體外培養(yǎng)成功后，HAV可用多種原代及傳代細胞株分離培養(yǎng)，如非洲綠猴腎細胞、人胚腎細胞、傳代猴腎細胞（Vero、BSC-1、FRhK-4）以及人2倍體肺細胞株（MRC5、KMB17）等。1981年，Larkin等系統(tǒng)地論述了在植物體細胞培養(yǎng)再生植株的無性系變異以來，利用無性系進行突變體篩選來改良農作物品種。1982年，F(xiàn)ridenshtein等發(fā)現(xiàn)并建立了以貼壁培養(yǎng)法為主要手段的分離擴增方法。1983年，英國Wellcome公司就能夠利用5000L的細胞罐進行大規(guī)模細胞培養(yǎng)生產口蹄疫疫苗；美國Genentech公司應用SV40為載體，將乙型肝炎病毒表面抗原基因插入哺乳動物細胞內進行高效表達生產出乙型肝炎疫苗；1987年，國外有人把培養(yǎng)的黑素細胞開始用于臨床。利用黑素細胞培養(yǎng)技術，可以把少量皮膚組織擴增培養(yǎng)出大量黑素細胞。有人用來治療白瘢風等疾病，療效滿意，前景很好。但是由于黑素細胞常用培養(yǎng)基中含佛波醇酯（TPA），存在致瘤危險，影響了這種方法在臨床的應用。1988年，Hofmann等首次在培養(yǎng)基含胰酶的Vero細胞上成功繁殖出PEDV,此后，該方法在PEDV的分離、細胞培養(yǎng)和疫苗的研究中廣泛應用。1996年，Cha等發(fā)現(xiàn)在臨床低傳代分離株Toledo等病毒株中有一個包含19個開放閱讀框（ORF,UL133~UL151）的區(qū)域，該區(qū)域是實驗室株AD169所不具有的。1997年，Laurain等在1997年用野生型發(fā)根農桿菌AgrobacteriumrhizogenesA4菌株感染銀杏合子胚誘導發(fā)根，建立了懸浮細胞培養(yǎng)系，同時用銀杏胚囊（雌配子體）作外植體誘導，建立了懸浮培養(yǎng)系，用HPLC測定了GA、GB、GC、GJ和BB的含量。1999年，劉勇等成功地進行了胎兒椎間盤細胞的單層培養(yǎng)。目前，國內外進行椎間盤細胞單層培養(yǎng)的實驗研究較多，技術方法已經成熟。在流加懸浮培養(yǎng)工藝方面，美國麻省理工XieLiangzhi等人2000年報道在2L生物反應器中流加培養(yǎng)雜交瘤細胞，通過營養(yǎng)控制降低氨和乳酸的比生成速率，補充培養(yǎng)基包括營養(yǎng)成分、胎牛血清和痕量金屬，最大活細胞密度達到1.7x107cells/mL。2001年，美國Ohashi、Ryo等人報道采用2L一次性生物反應器灌注培養(yǎng)雜交瘤細胞生產單克隆抗體。2001年，瑞士Heine、Holger等人用帶超聲細胞分離器（UCS）的連續(xù)灌注攪拌罐生物反應器培養(yǎng)鼠雜交瘤細胞生產單克隆抗體。2004年，德國Thomas等人在1L攪拌罐生物反應器中培養(yǎng)rCHO細胞生產人MUC-1糖蛋白，采取葡萄糖濃度限制的高產率灌注工藝減少有害代謝物，代謝轉向TCA循環(huán)增加，活細胞密度保持在（1~2）x107cells/ml。2005年，在新華奶牛場降生的被導入人乳鐵蛋白基因的體細胞克隆牛耳朵成纖維細胞，經過細胞培養(yǎng)、克隆、胚胎培養(yǎng)和移植等技術實現(xiàn)的。經相關技術鑒定，確系轉基因體細胞克隆牛的再克隆體。此次實驗的妊娠率、出生率、存活率等均達到世界一流水平。2007年，世界上第一個細胞培養(yǎng)生產的流感疫苗上市；在2007年6月13日宣布，歐盟已經批準其流感疫苗Optaflu上市。2007年11月，成功地用人類皮膚細胞培養(yǎng)出了誘導性多功能干細胞。由于這項研究解決了胚胎干細胞研究所面臨的倫理問題，因此將徹底改變干細胞研究的科學與政策，為生物醫(yī)學研究開辟新的方向。2008年9月13日，日本京都大學日前宣布，該校教授山中伸彌開發(fā)的誘導