细胞培养（cell culture）是现代生命科学研究的核心技术，通过体外模拟体内温度、酸碱度、营养等环境，使细胞维持生存、生长繁殖及主要功能，又称细胞克隆技术。其核心价值在于将复杂体内生命活动简化为可控体外模型，为细胞生物学、病理学、药理学等领域提供标准化研究平台。本文梳理细胞培养技术体系，包括细胞类型、培养基特性及应用场景，展现其基础性地位。
一、培养细胞的类型与生物学特性
体外培养细胞依来源、传代特性及生长方式分类，各类型在形态、功能及应用上差异显著。
（一）原代细胞（primary cell）
原代细胞指直接从活体组织或器官分离的初始培养细胞，保留体内原始表型和功能，是模拟体内生理状态研究的理想模型。通常将组织分离后的第 1 代及传代至第 10 代以内的细胞归为原代细胞。其获取需经组织消化、离心分离、筛选纯化等步骤，操作复杂，且不同来源细胞对培养条件要求不同，如上皮细胞需表皮生长因子（EGF），神经细胞依赖神经生长因子（NGF）。虽培养难度高，但因能真实反映体内细胞行为，在药物毒性评估、组织再生研究中广泛应用。
（二）细胞系（cell line）
细胞系由原代培养物首次传代成功后形成，具有相对稳定的体外生长特性。按传代能力分为有限细胞系和连续细胞系：有限细胞系增殖受分裂次数限制（如人成纤维细胞系约传 50 代后停止）；连续细胞系因遗传突变（如端粒酶激活）获得无限增殖能力，成为永生化细胞。
细胞系多源于单一组织或细胞克隆，生物学特性均一，利于标准化研究。HeLa 细胞系是典型代表，1951 年从宫颈癌患者组织中分离建立，广泛应用于病毒学、肿瘤学、遗传学等领域，推动了细胞代谢机制、信号传导通路等基础研究的规模化开展。
（三）细胞株（cell strain）
细胞株是从原代细胞或细胞系中经筛选、克隆获得的具有特定标志或功能的细胞亚群，特异性强于细胞系。如经基因编辑稳定表达荧光蛋白的细胞株，或对特定药物有抗性的细胞株，其特性可稳定遗传，适用于特定研究。例如，CHO 细胞株因高效表达外源基因，成为生物制药核心工具；含特定受体的细胞株广泛用于药物筛选。
（四）按生长方式分类的细胞类型
依体外生长是否依赖支持物，分为贴壁细胞和悬浮细胞。贴壁细胞需固相支持物（如培养瓶壁），通过分泌细胞外基质或利用培养基中贴附因子（如纤连蛋白）黏附生长，形态多为成纤维状、上皮样或多边形。多数正常组织细胞（成纤维细胞、肝细胞、神经胶质细胞）及部分肿瘤细胞属此类，其贴壁特性与体内组织架构相关，如上皮细胞体外仍维持极性生长。
悬浮细胞无需支持物，在培养液中呈单个或细胞团悬浮生长，形态多为圆形或椭圆形。主要来源于血液、淋巴组织或骨髓，如淋巴细胞、巨噬细胞及某些肿瘤细胞（白血病细胞）。其培养体系易规模化，在疫苗生产、细胞因子制备中应用广泛。
二、细胞培养基的组成与分类
细胞培养基是体外培养核心，提供营养、维持渗透压及酸碱平衡，成分直接影响细胞状态。按成分明确性及来源分为以下几类：
（一）天然培养基
天然培养基源于动物体液或组织提取液，如血清、胚胎浸出液等，其中胎牛血清（FBS）最常用，富含生物活性物质，可提供营养、激素、生长因子，通过结合蛋白参与代谢，提供促贴附因子。但存在成分复杂、批次差异大及潜在生物污染（病毒、支原体）等问题，限制了其在标准化研究及临床中的应用。
（二）合成培养基
合成培养基由化学试剂精确配制，成分明确稳定，含糖类（如葡萄糖）、必需氨基酸（如赖氨酸）、维生素（如 B 族）、无机盐（如 Na⁺、K⁺）及核苷类等。虽克服天然培养基成分不明确的缺陷，但需添加 5%~10% 血清满足细胞生长。
各成分作用特异：葡萄糖为能量来源，浓度依细胞代谢调整（肿瘤细胞需求较高）；谷氨酰胺参与核酸和蛋白质合成，稳定性差需新鲜添加；无机盐维持渗透压并参与信号传导（如 Ca²⁺参与肌肉收缩）；维生素调控代谢酶活性。常见合成培养基有 DMEM、RPMI 1640、MEM 等，RPMI 1640 因含较高浓度维生素和氨基酸，更适合悬浮细胞培养。
（三）无血清培养基
无血清培养基不含动物来源成分，通过添加重组蛋白（如胰岛素）、合成生长因子（如 EGF 类似物）及小分子（如孕酮）模拟血清功能。其成分明确、批次稳定，降低生物安全风险，广泛用于生物制药（如单克隆抗体制备）及临床细胞治疗。
需针对特定细胞优化，如 CHO 细胞无血清培养基添加锌离子和丁酸钠促蛋白表达，杂交瘤细胞培养基补充次黄嘌呤和胸腺嘧啶支持抗体合成。虽成本高，但在提高产品纯度、减少批次差异上优势显著，是现代生物制造核心技术。
（四）平衡盐溶液
平衡盐溶液（BSS）由无机盐、缓冲物质及少量碳水化合物组成，维持渗透压和 pH 稳定，提供基础营养。常用的有：
DPBS（杜氏磷酸缓冲盐溶液）：含磷酸盐缓冲对，用于胚胎培养、细胞漂洗及冻存液配制，可加葡萄糖延长细胞存活；
HBSS（Hank's 平衡盐溶液）：含双重缓冲系统，适用于组织块漂洗、细胞运输及短期培养；
EBSS（Earle's 平衡盐溶液）：碳酸氢盐浓度高，专为 CO₂环境设计，用于细胞自噬诱导等实验。
虽不能支持细胞长期生长，但在维持短期活性、清洗代谢废物中不可或缺。
三、细胞培养技术的应用领域
细胞培养技术作为基础平台，应用渗透多个学科，推动基础研究向临床转化。基础研究中，为解析生理机制提供可控系统，如通过心肌细胞培养研究心律失常电生理基础，利用神经干细胞探索神经元分化调控网络。疾病研究中，肿瘤细胞系助力致癌机制研究（如 HeLa 细胞阐明 HPV 与宫颈癌关联），原代肝细胞为肝炎病毒感染模型提供工具。
药物研发中，是筛选和毒性评估的核心手段，如构建肿瘤细胞模型筛选抗癌化合物，利用心肌细胞模型评估心脏毒性，提高开发效率和安全性。生物制药依赖大规模培养技术，重组人胰岛素、单克隆抗体等以 CHO 细胞、骨髓瘤细胞培养为基础，全球年市场规模超千亿美元。
再生医学领域，干细胞培养与分化为组织工程皮肤、软骨修复提供种子细胞，CAR-T 细胞体外培养改造推动免疫细胞治疗在血液肿瘤中的应用。随着三维细胞培养、类器官技术发展，模型正从二维向立体结构演进，进一步拓展在精准医学、个性化治疗中的前景。细胞培养技术的革新，将持续推动生命科学突破与临床转化。
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