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細胞培養（cell culture）是指在體外模擬體內環境（無菌、適宜溫度、酸鹼度和一定營養條件等），使之生存、生長、繁殖並維持主要結構和功能的一種方法。細胞培養也叫細胞克隆技術，在生物學中的正規名詞為細胞培養技術。不論對於整個生物工程技術，還是其中之一的生物克隆技術來說，細胞培養都是一個必不可少的過程，細胞培養本身就是細胞的大規模克隆。細胞培養技術可以由一個細胞經過大量培養成為簡單的單細胞或極少分化的多細胞，這是克隆技術必不可少的環節，而且細胞培養本身就是細胞的克隆。
細胞培養技術是細胞生物學研究方法中重要和常用技術，通過細胞培養既可以獲得大量細胞，又可以藉此研究細胞的信號轉導、細胞的合成代謝、細胞的生長增殖等。[1]
分類
動物細胞培養
在所有的細胞離體培養中，最困難的是動物細胞培養。下面是它所需要的特殊條件。
⑴血清：動物細胞離體培養常常需要血清。最常用的是小牛血清。血清提供生長必需因子，如激素、微量元素、礦物質和脂肪。在這裡，血清等於是動物細胞離體培養的天然營養液。
⑵支持物：大多數動物細胞有貼壁生長的習慣。離體培養常用玻璃，塑料等作為支持物。
⑶氣體交換：二氧化碳和氧氣的比例要在細胞培養過程中不斷進行調節，不斷維持所需要的氣體條件。
植物細胞培養
⑴光照：離體培養的植物細胞對光照條件不甚嚴格，因為細胞生長所需要的物質主要是靠培養基供給的。但光照不但與光合作用有關，而且與細胞分化有關，例如光周期可對性細胞分化和開花調控作用，所以以獲得植株為目的的早期植物細胞培養過程中，光照條件特別重要。以植物細胞離體培養方式獲得重要物質，如藥物的過程，植物細胞大多是在反應器中懸浮培養。
⑵激素：植物細胞的分裂和生長特別需要植物激素的調節，促進生長的生長素和促進細胞分裂的分裂素是最基本的激素。植物細胞的分裂，生長，分化和個體生長周期都有相應的激素參與調節。和動物細胞相比，植物細胞離體培養對激素要求的原理已經了解，其應用技術也已相當成熟，已經有一套能使用的培養液。同時解決了植物細胞對水、營養物、激素、滲透壓、酸鹼度、微量元素等的需求。
微生物細胞培養
微生物多為單細胞生物，野生生存條件比較簡單。所以微生物人工培養的條件比動植物細胞簡單得多。其中厭氧微生物培養比好氧微生物複雜，因為嚴格厭氧需要維持二氧化碳等非氧的惰性氣體濃度，而好氧微生物則只需要通過不斷攪拌提供無菌氧氣。微生物對培養條件要求不如動植物細胞那樣苛刻，玉米漿、蛋白腖、麥芽汁、酵母膏等成為良好的微生物天然培養基。對於一些特殊微生物的營養條件要求，可以在這些天然培養基的基礎上額外添加。
1．無菌環境
無毒和無菌是體外培養細胞的首要條件。細胞在活體內，解毒系統和免疫系統可抵抗微生物或其他有害物質的入侵，但細胞在體外培養的過程中，缺乏機體免疫系統的保護而喪失對微生物的防禦能力和對有害物質的解毒能力。為保證細胞能在體外環境中生長繁殖，必須要確保無菌工作區域、良好的個人衛生、無菌試劑和培養基以及無菌操作。
常見的微生物污染有支原體、細菌、真菌。支原體無致死毒性，可與細胞長期共存，對細胞有潛在影響，但體積小，不易鑑別，可藉助於地衣紅或Hoechst33342染色來進行檢測。細菌增殖快，在短時間內即可大量擴增，並產生毒素殺死細胞。真菌的種類繁多，肉眼可見，漂浮於培養液面上，可呈絲狀、管狀或樹枝狀等。
2.合適的溫度
一般哺乳類與禽類細胞在體外培養的適宜溫度是37～38℃，不適宜的環境溫度會影響細胞的生長。細胞對低溫的耐受能力要強於對高溫的耐受能力，在低溫下，細胞的代謝活力及核分裂能力降低。若溫度不低於0℃，雖然細胞代謝受到影響，但無損傷作用；25～35℃時，細胞以緩慢的速度生長；但若被置於40℃數小時，則不僅不利於細胞生存、生長，甚至可導致其死亡。
3.適宜的滲透壓
高滲溶液或低滲溶液會引起細胞發生褶皺、腫脹、破裂。因此，滲透壓是體外培養細胞的重要條件之一。多數體外培養的細胞對滲透壓都有一定的耐受能力，實際應用中，260～320mmol/L的滲透壓可適用於大多數細胞。
4．氣體環境與pH
細胞的體外培養需要理想的氣體環境，氧氣、二氧化碳是細胞生存的必要條件。氧氣參與細胞的三羧酸循環，為細胞生存、代謝與合成提供能量；二氧化碳既是細胞的代謝產物，是細胞生長的必需成分，又與維持培養液的pH有關。大多數細胞適宜的pH範圍往往是7.2～7.4。在開放式培養中，以5%的二氧化碳氣體比例為宜。
營養條件
1．培養基
細胞培養基包含細胞生長所需的各種營養物質，包括碳水化合物、氨基酸、無機鹽、維生素等。針對不同細胞的營養需求，有多種合成培養基可供選擇，如EBSS、Eagle、MEM、RPMll640、DMEM等。
2．其他添加成分
在各種合成培養基提供基礎營養物質之外，還需根據不同細胞和不同的培養目的添加其他成分，如血清、因子等。
血清提供的是細胞外基質、生長因子和轉鐵蛋白等重要物質，常用的是胎牛血清。要根據不同的細胞和不同的研究目的決定添加血清的比例。10%～20%的血清能維持細胞較快的生長增殖速度，稱為生長培養液；為維持細胞緩慢生長或不死，添加2%～5%的血清即可，稱為維持培養液。但血清中也存在有害於細胞生長和繁殖的物質，如補體、免疫球蛋白和一些生長抑制因子；成分不明確，影響對結果的分析；不同動物、不同批次的血清活性差別較大，影響培養效果的穩定性。
穀氨酰胺是細胞生長重要的氮源，在細胞生長代謝過程中起重要作用，但由於穀氨酰胺在溶液中很不穩定容易降解，4℃下放置7天即可分解約50%，故穀氨酰胺需在使用前添加。
為防止污染，培養基中還需添加一定量的抗生素，常用抗生素名稱、濃度及敏感性如下表。
設施器材
設施：超淨台、恆溫培養箱、倒置顯微鏡、液氮儲存罐、電熱鼓風乾燥箱、冰櫃、電子天平、恆溫水浴槽、離心機、壓力蒸汽消毒器。
器材：
一、玻璃器材
培養皿、滴流瓶、刻度吸管、離心管、培養瓶、燒杯、量筒、三角燒瓶
二、塑料器材
多孔培養板、培養皿、培養瓶
三、橡皮器材
橡皮製品（最好是硅製品）做各種瓶或試管的塞子、蓋子。
四、金屬器材
剪刀、鑷子、手術刀、解剖刀、血管鉗、組織鑷、眼科鑷及各種型號針頭
五、其他物品
紗布、注射器和針頭
一般過程
一、準備工作
準備工作對開展細胞培養異常重要，工作量也較大，應給予足夠的重視，準備工作中某一環節的疏忽可導致實驗失敗或無法進行。準備工作的內容包括器皿的清洗、乾燥與消毒，培養基與其他試劑的配製、分裝及滅菌，無菌室或超淨台的清潔與消毒，培養箱及其他儀器的檢查與調試，具體內容可參閱有關文獻。
二、取材
在無菌環境下從機體取出某種組織細胞（視實驗目的而定），經過一定的處理（如消化分散細胞、分離等）後接入培養器皿中，這一過程稱為取材。如是細胞株的擴大培養則無取材這一過程。機體取出的組織細胞的首次培養稱為原代培養。理論上講各種動物和人體內的所有組織都可以用於培養，實際上幼體組織（尤其是胚胎組織）比成年個體的組織容易培養，分化程度低的組織比分化高的容易培養，腫瘤組織比正常組織容易培養。取材後應立即處理，儘快培養，因故不能馬上培養時，可將組織塊切成黃豆般大的小塊，置4℃的培養液中保存。取組織時應嚴格保持無菌，同時也要避免接觸其他的有害物質。取病理組織和皮膚及消化道上皮細胞時容易帶菌，為減少污染可用抗菌素處理。由組織並分離分散細胞的方法可參閱有關文獻。
三、培養
將取得的組織細胞接入培養瓶或培養板中的過程稱為培養。如系組織塊培養，則直接將組織塊接入培養器皿底部，幾個小時後組織塊可貼牢在底部，再加入培養基。如系細胞培養，一般應在接入培養器皿之前進行細胞計數，按要求以一定的量（以每毫升細胞數表示）接入培養器皿並直接加入培養基。細胞進入培養器皿後，立即放入培養箱中，使細胞儘早進入生長狀態。正在培養中的細胞應每隔一定時間觀察一次，觀察的內容包括細胞是否生長良好，形態是否正常，有無污染，培養基的PH是否太酸或太鹼（由酚紅指示劑指示），此外對培養溫度和CO2濃度也要定時檢查。一般原代培養進入培養後有一段潛伏期（數小時到數十天不等），在潛伏期細胞一般不分裂，但可貼壁和遊走。過了潛伏期後細胞進入旺盛的分裂生長期。細胞長滿瓶底後要進行傳代培養，將一瓶中的細胞消化懸浮後分至兩到三瓶繼續培養。每傳代一次稱為「一代」。二倍體細胞一般只能傳幾十代，而轉化細胞系或細胞株則可無限地傳代下去。轉化細胞可能具有惡性性質，也可能僅有不死性（Immortality）而無惡性。培養正在生長中的細胞是進行各種生物醫學實驗的良好材料。
四、凍存及復甦
為了保存細胞，特別是不易獲得的突變型細胞或細胞株，要將細胞凍存。凍存的溫度一般用液氮的溫度—－196℃，將細胞收集至凍存管中加入含保護劑（一般為二甲亞碸或甘油）的培養基，以一定的冷卻速度凍存，最終保存於液氮中。在極低的溫度下，細胞保存的時間幾乎是無限的。復甦一般採用快融方法，即從液氮中取出凍存管後，立即放入37℃水中，使之在一分鐘內迅速融解。然後將細胞轉入培養器皿中進行培養。凍存過程中保護劑的選用、細胞密度、降溫速度及復甦時溫度、融化速度等都對細胞活力有影響。
具體步驟
一、細胞復甦
將凍存細胞從液氮中取出後，在37℃水浴鍋內不斷搖動促進其融化。移入15ml離心管中，加入10ml預熱的DMEM完全培養基，輕輕吹勻，離心，2000rpmX2min，棄上清液。加入10ml DMEM培養基清洗，棄上清液。加入10ml DMEM完全培養基，輕輕吹打，接種於10cm盤中，在含5%CO2的細胞培養箱中培養。
二、細胞傳代
細胞密度達到80%~90%時．去培養基，10ml PBS清洗2次。加入3ml含0．25%EDTA的胰蛋白酶，放入細胞培養箱3min。加人1ml DMEM完全培養基終止胰酶消化，轉移至15ml離心管。加入10ml PBS清洗細胞培養盤，轉移至15ml離心管，2000rpmX2min，棄上清液。再加入10ml PBS（經高壓滅菌，保存於40C），吹勻，吸取10微升進行計數，按照1×105/盤接種，在含5%CO2的細胞培養箱繼續培養。
三、細胞凍存
細胞密度達到80%～90%時，去培養基，10ml PBS清洗2次。加入3ml含0.25%EDTA的胰蛋白酶，放入細胞培養箱3min。加入lmlDMEM完全培養基終止胰酶消化，轉移至15ml離心管。加入10ml PBS清洗細胞培養盤，轉移至15ml離心管，2000rpmX2min，棄上清液。加入1ml凍存液（90%血清，10%DMSO），放入凍存盒內（盒內有異丙醇，以保證溫度降低的速度），立即放入一80℃冰箱內，過夜，第二天放入液氮中，可以保存至少兩年，如不放入液氮，可以保存三個月。
凍存液的配製：70%的完全培養基+20%FBS+10%DMSO.DMSO要慢慢滴加，邊滴邊搖。
注意事項
（1）第一次開始培養某種細胞時，一定要在WWW. ATCC. ORG上用該細胞的名稱進行檢索，可以得到關於該細胞的詳細信息，包括需要使用的培養基、血清、添加劑、通常的消化時間、傳代時間等。對於特定的細胞（如原代培養的細胞），需要查閱相關文獻來獲得更準確的培養方法。
（2）進入細胞間開始細胞培養時，必須嚴格按照下列步驟操作：
①確定所有的細胞操作用的溶液和耗材都已經消毒並檢測沒有問題，不確定的溶液和耗材請勿使用，除非特殊情況，不要借用別人的溶液。
②確定衣服的袖口已經捲起或者白大褂的袖口已經紮緊。
③確定酒精燈內的酒精量，需要的話及時進行補充。
④確定所有需要用到的溶液和耗材都放在伸手可及的位置。為了方便單手開啟瓶蓋，實驗開始前可以把所有瓶蓋旋鬆。
⑤儘量不要直接傾倒溶液，除非瓶口沒有被燒壞。如果傾倒失敗，溶液粘在瓶口，請用噴過75%酒精的紙巾仔細清潔瓶口周圍（不要接觸到瓶口）後在火焰上簡單燒灼。
⑥操作時如果不能肯定所用的耗材是潔淨的，必須及時更換。
⑦實驗完畢及時收拾，保持工作區域清潔整齊，最後用75%酒精清潔台面。
（3）細胞污染的預防
①實驗用品防止污染。細胞培養所用試劑、耗材、器材的清洗、消毒要徹底，各種溶液滅菌要仔細，並在無菌實驗檢測陰性後才能使用。操作室及剩餘的無菌器材要定期清潔、消毒、滅菌。
②操作過程防止污染。
③穿着容易起靜電或吸附灰塵的衣物必須更換為白大褂後才能進入細胞間。
④實驗開始前需要確定戴的手套沒有問題，只要接觸過生物安全櫃之外的物品，必須及時對手套進行消毒。
⑤進入細胞培養間後關好門，坐下來儘量少走動以免影響生物安全櫃的風簾。工作開始前要先用75%酒精棉球擦手和瓶蓋。事先要嚴格檢查所用的器材、溶液和細胞，不要把污染品或未經消毒的物品帶入無菌室內，更不能隨便使用，以免造成大規模污染。
⑥細胞操作時動作要輕，必須在火焰周圍無菌區內打開瓶口，並將瓶口放在火焰周圍簡單轉動燒灼，注意不要讓火焰把塑料瓶口燒化。
⑦實驗操作時生物安全櫃的隔板要儘可能放低，儘量減少談話，打噴嚏或咳嗽時絕對不能對着工作區，以免造成不必要的污染。
⑧瓶蓋應當倒放在遠離自己的地方，以避免瓶蓋被誤操作所污染。
⑨不要從敞開的容器口上方經過，以避免衣服上掉落不明物體對細胞的污染。
⑩實驗操作時要注意及時更換巴斯德吸管、移液槍槍頭和移液管，切勿一根管子做到底。一旦發現接觸了非潔淨或者無法確定潔淨的物品必須直接丟棄。實驗完畢應及時收拾，保持實驗室清潔整齊，最後用75%酒精清潔台面。
（4）防止細胞交叉污染
①在進行多種細胞培養操作時，所用器具要嚴格區分，最好作上標記便於辨別。按順序進行操作，一次只處理一種細胞，多種細胞多種操作一起進行時易發生混亂。
②在進行換液或傳代操作時，粘有細胞的移液槍頭和移液管不要觸及試劑瓶瓶口，以免把細胞帶到培養基中污染其他細胞。
③所有細胞一旦購置，或從別處引入，或自己建立，必須及時保種凍存，一旦發生污染可重新復甦細胞，繼續培養。·
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參考文獻
- ↑ 細胞培養的具體步驟和注意事項，個人圖書館，2019-01-18