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详细内容

科研必备:细胞在-80℃冰箱中的存活指南

一、细胞保存的基本原理

细胞在-80℃条件下的保存基于低温生物学的原理。低温可以显著降低细胞代谢速率,减少细胞内生化反应的进行,从而延长细胞的存活时间。
低温对细胞的影响

  • 代谢减缓:低温降低了酶的活性,从而减缓了细胞的代谢过程。

  • 细胞器保护:低温有助于保护细胞器,如线粒体和内质网,减少冰晶对细胞结构的损害。

  • 防止细胞死亡:通过抑制细胞内的冰晶形成,低温有助于防止细胞死亡。

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二、细胞保存的实践指南

细胞保存的标准操作流程

1. 准备工作

仪器和耗材:准备超净工作台、离心机、水浴锅、倒置显微镜、程序冻存盒、冰箱及液氮。准备3ml移液管、15ml离心管、T25培养瓶、冻存管、酒精灯、废液缸等。

试剂:准备基础培养基/完全培养基、血清、抗生素、0.25%胰蛋白酶(含EDTA)、冻存液、PBS等。


2. 操作步骤

移除旧培养基:吸去旧的培养基,使用5ml PBS溶液洗细胞1-2次。

消化细胞:加入1-2ml 0.25%含EDTA的胰蛋白酶,轻轻晃动培养瓶/皿,等待2-3分钟。

准备冻存管:在外表面做好标记,包括细胞系名称、实验组名称、操作日期等。

终止消化:倒置显微镜下观察细胞明显变圆、变亮且细胞间隙增大,加入4ml培养基终止消化。

细胞离心:将细胞悬液转移到15ml离心管中,1000r/min离心5分钟。

重悬细胞:吸弃上清液,加入1ml的冻存液重悬细胞,轻轻吹打形成单细胞悬液。

冻存:拧紧管盖,用封管膜封口后放入冻存盒,放入-80℃冰箱过夜,然后转移至液氮长期保存。

收集细胞悬液:收集细胞悬液转移至15ml离心管中,以1000r/min离心5分钟。

准备冻存管:在外表面做好标记。

重悬细胞:吸弃上清液,加入1ml的冻存液重悬细胞,轻轻吹打形成单细胞悬液。

冻存:拧紧管盖,用封管膜封口后放入冻存盒,放入-80℃冰箱过夜,然后转移至液氮长期保存。


注意事项

在冻存之前,确保细胞状态良好,包括细胞生长密度、无污染、形态良好等。DMSO可以溶解部分滤膜,如果要进行过滤,应选择不会被DMSO降解的滤器,并且操作时务必带手套。

冻存密度应该比传代时高得多,等到了复苏后,再将密度稀释为1/20也依然能保持较高的生长密度,但与此同时,残留的DMSO对细胞的影响则会大大降低。


以上流程适用于大多数细胞的冻存,操作时应注意细节,以确保细胞冻存的成功率和细胞活力。


细胞冻存时的注意事项

  • 细胞密度和冻存液

    • 细胞冻存时的密度应较高,通常推荐密度为100-300万细胞/ml。冻存液中通常使用DMSO作为冷冻保护剂,但是DMSO对细胞有一定程度的损伤,因此在冻存过程中应尽可能快地操作,并在加入细胞后尽快开始降温程序。

  • 冻存速率和保护措施:

    • 冻存应遵循慢冻的原则,即逐步降温至低温保存。可以使用梯度降温盒或在-80℃冰箱中缓慢降温24小时,然后转移到液氮中进行长期储存。慢冻有助于避免胞内水分形成冰晶对细胞造成损伤。

  • 冷冻保护剂的使用:

    • 使用DMSO等冷冻保护剂时,应注意其对细胞的毒性。操作时应戴好手套,规范操作。解冻时,需要将细胞从高浓度的冷冻保护剂中逐渐稀释出来,以减少对细胞的毒性作用。

  • 避免室温解冻:

    • 不建议在室温下解冻细胞,因为这可能导致细胞死亡。解冻应放置在37℃的水浴中,直至冻存的细胞完全解冻。

  • 冻存管的安全操作:

    • 在冻存和复苏过程中,要确保冻存管的管口高于水面,避免水流入冻存管,造成污染。


通过遵循这些实践指南,科研人员可以有效地保存细胞,确保细胞在-80℃冰箱中的长期稳定性和活力。


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三、细胞保存的期限和影响因素

保存期限:理论上,细胞在-80℃的条件下可以保存数十年。然而,实际保存期限受多种因素影响,包括细胞类型、冻存和复苏技术、冻存液成分等。
影响因素

  • 细胞类型:不同细胞对冻存的耐受性不同,如胚胎干细胞可能比成体细胞更容易受到冻存损伤。

  • 冻存条件:快速冷冻(如使用冷冻盒或冷冻机)比慢速冷冻更能减少冰晶形成,从而提高细胞存活率。

  • 冻存液成分:冻存液中DMSO的比例、血清或其他保护剂的种类和浓度都会影响细胞的保存期限。

四、如何快速检测细胞复苏后的活力?

快速检测细胞复苏后的活力可以采用以下几种方法:
台盼蓝染色法常见死细胞鉴定方法之一。正常情况下,细胞能排斥这种活性染料而不被染色;但细胞活性丧失或胞膜不完整时,台盼蓝可以穿过变性的胞膜,与DNA结合,使其染为蓝色。此为鉴定台盼蓝死细胞原理。与细胞凋亡检测类似 细胞凋亡实验学习笔记,只是染料不同,并且步骤操作及检测手段均较为便捷。可以做一个快速的判断。
荧光染色法:使用荧光染料,如Calcein-AM或CFSE,这些染料在活细胞内被代谢成荧光产物,通过流式细胞仪或荧光显微镜进行检测。一旦进入细胞,它会被细胞内的酯酶水解成DCFH。由于DCFH无法穿过细胞膜,因此荧光探针会在细胞内积聚。细胞内的ROS能够氧化无荧光的DCFH,生成有荧光的DCF,且荧光强度与ROS水平成正比。通过荧光显微镜、流式细胞仪或激光共聚焦显微镜等设备,在最大激发波长480nm和最大发射波长525nm下检测荧光信号。
ATP检测法:基于细胞内ATP含量与细胞活力成正比的原理,通过检测ATP的增加水平可以反映出细胞增殖情况。当 ATP 接触到荧光素酶后,就会发生反应产生出光,物体表面残留的食物和微生物越多,ATP 也就越多,发出的荧光也就越强。
CCK-8检测:这是一种基于WST-8检测细胞增殖和细胞毒性的比色检测法,主要用于细胞活性检测。WST-8在电子耦合试剂存在的情况下,可被线粒体内的一些脱氢酶还原成Formazan(橙黄色)。
选择适合的检测方法时,需要考虑实验的具体需求、细胞类型以及实验室设备的条件。这些方法可以单独使用,也可以组合使用以获得更准确的细胞活力评估。
五、细胞保存的常见问题与解决方案
常见问题

  • 活力低下:可能由于冻存过程中冰晶损伤或复苏过程中温度变化过快引起。

  • 功能丧失:长期冻存可能导致细胞功能改变。

解决方案

  • 优化冻存条件:调整DMSO浓度、血清比例和冷冻速率。

  • 使用高质量细胞:冻存前确保细胞健康、无污染。

  • 定期更新细胞株:定期从早期代数的细胞株中取样冻存,以保持细胞特性。

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细胞冻存液中DMSO的比例通常是多少?

在细胞冻存过程中,二甲基亚砜(DMSO)作为一种常用的冷冻保护剂,其比例通常控制在5%到10%之间,以确保细胞在冷冻和解冻过程中的存活率。DMSO的作用是降低冰点、延缓冻存过程,同时提高细胞内离子浓度,减少细胞内冰晶的形成,从而减少细胞损伤。
对于大多数细胞类型,一个常见的冻存液配方是将培养基、血清和DMSO按照7:2:1的比例进行配制。然而,对于存活率较低的细胞系或需要长时间保存的细胞系,可能需要增加冻存液中的血清浓度,血清和DMSO的比例可以调整为9:1。
此外,还有一些无血清冻存液的选择,这些冻存液不需要预先配制,通常含有多种保护剂成分,适用于特别珍贵的细胞的保存,例如干细胞、分离后的免疫细胞等。在实际操作中,科研人员应根据细胞类型和实验需求,精心设计冻存条件,以提高细胞保存的成功率。


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