体外培养细胞的生长过程

体外生长的培养细胞受营养条件、生长空间等因素的限制，当细胞增殖达到一定密度后，则需要分离出一部分细胞和更新营养液进行扩大培养，此过程称传代（subculture）。每次传代以后，细胞的生长和增殖过程都会受一定的影响。加之很多细胞特别是正常细胞，其在体外的生存也不是无限的过程，这就使得细胞在体外培养时的生长过程与体内有着一系列不同的生存特点。
（一）培养细胞的生命期
培养细胞生命期（life span of culture cells）是细胞在培养中持续增殖和生长的时间。体内组织细胞的生存期与完整机体的死亡衰老基本一致。体外培养细胞的生命期与细胞的种类、性状和原供体的年龄等情况密切相关。比如，来源自人胚的二倍体成纤维细胞可在体外连续传代30～50代，约150～300个细胞增殖周期，相当于一年左右的生存时间。相比之下，那些来自成体或衰老个体的细胞的生存时间则较短，如体外培养的肝细胞或肾细胞一般仅能传几代或十几代。
通常，体外培养细胞的全部生命期大致可被分为三个阶段。
1．原代培养期 原代培养也称初代培养，是从机体中取出细胞接种培养到第一次传代之前的这一阶段。此期的细胞呈现出活跃移动的特点，可见细胞分裂，但不旺盛。处于原代培养阶段的细胞与体内原组织在形态结构和功能活动上有很大的相似性。细胞群具有明显的异质性，细胞间的相互依存性强，在软琼脂培养基培养时细胞集落形成率很低。
2．传代期 传代期通常是培养细胞全生命期中持续时间最长的时期，原代培养的细胞经传代后常被称做细胞系（cell line）。一般情况下，正常体细胞在传代10-50次左右后，细胞分裂的能力就会逐渐减弱，甚至完全丧失，细胞便进入衰退期。
3．衰退期 处于衰退期的培养细胞，增殖速率已经变得很慢或不再增殖，直至最后衰退死亡。
以上主要是针对体外培养的机体正常细胞，对于体外发生转化的细胞和肿瘤细胞而言，永生性（immortality）或恶型性（malignancy）的获得使得这类细胞获得持久性的增殖能力，这样的细胞群体常被称为无限细胞系（infinite cell line）或连续细胞系（continuous cell line）。
（二）培养细胞的一代生存期
所谓培养细胞的“一代生存期”，是从细胞接种后到再次传代培养之前的这一段时间，它与细胞世代（generation）或倍增（doubling）时间不同。例如，某一细胞系为第60代细胞，即指该细胞系已传代了60次。就培养细胞的一代生存期而言，细胞通常可以倍增3～6次。
培养细胞的一代生存期，一般可被分为三个阶段。
1．潜伏期 以贴壁生长的培养细胞为例，刚刚经历传代接种的细胞，常在培养基中呈现悬浮状态，此时细胞的细胞质回缩，胞体呈圆球形。紧接着，悬浮细胞便会贴附于底物表面上，此过程称贴壁。各种细胞贴附速度并不相同，这与培养细胞的种类、培养基成分和底物的理化性质等密切相关。待细胞贴附于支持物后，细胞便开始进一步伸展成极性细胞，但这距离细胞进入生长和增殖期还有一定时间，称为潜伏期（latent phase）。细胞潜伏期的长短与细胞接种密度、细胞种类以及培养基性质等密切相关。通常，原代培养细胞的潜伏期较长，约需24～96h或更长时间，而连续细胞系和肿瘤细胞的潜伏期则较短，仅6～24h。另外，细胞接种密度大时潜伏期常会变短。
2．对数生长期 当细胞分裂相开始出现并逐渐增多，便标志着潜伏期的结束和对数生长期（logarithmic growth phase）的开始。对数生长期是细胞增殖分裂最旺盛的阶段。对数生长期细胞分裂相数量的多少常作为判定细胞生长旺盛与否的一个重要标志，一般用分裂指数（mitotic index，MI）来表示：分裂相在整个细胞群中所占的百分比。体外培养细胞的分裂指数受细胞种类、培养液成分、营养条件、pH、培养箱温度等多种因素的影响。一般细胞的分裂指数多介于0.1%～0.5%之间，原代细胞分裂指数较低，连续细胞和肿瘤细胞分裂指数可高达3%～5%。对数增生期是细胞一代生存期中活力最好的时期，因此是进行各种实验最好的和最主要的阶段。
3．停滞期 当细胞数量达饱和密度后，细胞遂停止增殖，进入停滞期（stagnate phase）。此时细胞数量不再增加，故也称平台期（plateau phase）。处于此期的细胞虽不增殖，但仍有代谢活动，但随着培养液中营养渐趋耗尽，代谢产物的积累、pH值的降低，此时需要进行及时的传代培养，否则细胞会因营养匮乏、中毒等原因，发生形态改变，重则从底物脱落死亡。