第二节　组织培养的优点、局限性及发展方向

自19世纪初创立组织培养技术以来，如今已历经百余年。事实证明，组织培养技术已相当成熟并已成为医学与生命科学不可或缺的研究工具与生产实践的手段。然而，尽管如此，正如事物具有两面性一样，组织培养有它的优点，也有它的局限性。

另外，要特别指出的是，实（试）验材料的来源须符合伦理学规定，各种取自人体的材料须获得供者的知情同意。

一、组织培养的优点

作为一种实验技术以及生物工程手段，组织培养有许多优点（表1-1）。最主要的有两点：第一，培养系统的环境要求，其中包括酸碱值（pH）、温度、渗透压、O2和CO2的气压，可以受到非常精确的调节；第二，该系统的生理条件也可以保持相对恒定。尤其随着对血清中某些主要成分的确定以及对细胞增殖调控因子的深入认识，人们可以用确定的成分来取代血清，此时培养系统的生理条件则可以更加恒定了。

此外，与组织样本不可避免地具有异质性（heterogeneity）比较起来，培养的细胞可以通过传代（sub-culture）或克隆化（cloning）而呈现均一性（homogeneity），这样更符合遗传学分析的要求以及不太需要进行变异性的统计学分析。其他的优点还包括可进行规模化的机械操纵，节省人力物力以及替代动物进行实验，避免不必要的法律、伦理和道德规范等问题。

二、组织培养的局限性

尽管组织培养有上述那么多的优点，但也具有难以克服的缺点或局限性（表1-2）。

首先，细胞培养操作不慎极易污染，包括微生物污染以及细胞间的交叉污染（cross contamination）。因此，要求操作者掌握必需的技巧知识与无菌概念，以便懂得培养系统的严格要求以及发生问题时能知道其问题关键所在。不应当简单地认为组织培养只是做一两次实验而已。

其次，细胞的长期体外生长，尤其是那些连续细胞系（continous cell line），极易产生变异，因此前一代与下一代的细胞均可能互有差异，这主要是由细胞群体中非整倍体染色体组成不稳定性所引起的。

其他的局限性还包括难以取得动物那样大量的组织样本，即使目前已可利用如细胞工厂（Nunc cell factory）或生物反应器（bioreactor）来生产也难以一次生产出100g以上的细胞。何况所用费用远比用动物高得多。诚然，最根本的局限性在于体外培养的细胞不存在如体内组织中细胞有相互间的作用以及神经内分泌的调控，因此细胞培养的性质不可能完全代表该细胞来源的组织的特性，更不可能与机体的生理特性相比拟。

三、组织培养的可能发展方向

尽管迄今组织培养技术已相当成熟，日臻完善，但仍有很大的发展空间与开发利用价值，一方面应着手于组织培养系统本身的发展，另一方面应更加密切地与生产实践相结合。首先，在培养系统中应将发展无血清培养基置于优先地位，因为这种培养基不含血清而含有支持细胞增殖和生物反应的多种成分。这样可以更好地调控细胞生长和分化的过程与了解它们的内在规律，尤其可以选择性地促进某种特殊类型细胞的生长。其次，建立更多更全的人类干细胞系，尤其是诱导多能干细胞（induced pluripotent stem cell，iPS细胞）。一方面可以为深入研究遗传与发育以及它们之间的相关性提供良好模型，另一方面更可为细胞治疗（cell therapy）与再生医学（regeneration medicine）提供平台。第三，将细胞培养技术与其他学科技术和知识结合起来创造出更有成效的技术方法甚至产物，例如将细胞培养与免疫学技术结合可以制造单克隆抗体（monoclonal antibody），将细胞培养技术与基因转移技术结合可以产生iPS细胞，将细胞培养技术与核转移技术结合可以产生新的物种（如多利羊）。第四，将细胞培养更多地用于人类环境有害因子的检测，其中包括对致癌物的检测、日常用品包括化妆品的毒性检测等。第五，探索更大规模的、更廉价的培养技术，以期用细胞培养取代动物杀戮，制造人类蛋白食品。最后，对于我国还应建立更强大和全方位的细胞库（包括iPS细胞库），以保障及时与充足的细胞供应。