文档性质:实验室通用操作教程(教学 / 培训用),非某一课题的正式 SOP。
内容来源:以实验室《肝癌细胞传代操作教程》(QSY,2026 年 9 月)的通用无菌操作流程为骨架,融合 ATCC / ECACC 官方细胞系资料与骨肉瘤研究文献中公开的细胞系特异性参数。
适用范围:143B、U-2 OS(人源)与 K7M2(小鼠源)三株贴壁型骨肉瘤细胞系。
重要边界:培养基配方、传代比例与消化时间随细胞系而变。实际操作请以所购细胞系的产品说明书(datasheet)与所在实验室 SOP 为最终依据。
一、背景介绍
1.1 为什么细胞必须"传代"
骨肉瘤细胞在培养瓶里贴壁生长。它们会牢牢抓住瓶底的塑料表面,靠摊平、伸展来增殖。
问题在于,瓶底面积是有限的。当细胞长到几乎铺满瓶底(这个比例叫汇合度,也叫融合度,confluence),麻烦就跟着来了:
接触抑制。细胞彼此挤压,增殖速度骤降甚至停滞;
营养与空间耗尽。培养基里的养分被大量消耗;
代谢废物累积。乳酸等产物堆积,培养基 pH 下降,细胞状态迅速恶化。
所以要定期把细胞从瓶底"取下来",稀释后分装到新瓶里继续培养。这个动作就是传代(又称亚培养,subculture;"传代一次"即细胞分裂、传了一代)。
传代的核心目标只有一个:趁细胞状态最好(对数生长期)的时候分瓶,让它始终维持年轻、均一、可用的状态。传得太晚,细胞已经开始老化或堆叠;传得太早,又要多传几代才能长满。两头都会影响后续的实验数据。
1.2 认识你手上的细胞:143B、U-2 OS 与 K7M2
骨肉瘤(osteosarcoma)是起源于骨组织的恶性肿瘤,体外模型以贴壁生长的细胞系为主。培养之前先查清自己用的是哪一株、配套什么培养基——这一步最容易出错,也最不该省。
三个关键提醒
培养基不能互换。U-2 OS 的"原配"是 McCoy’s 5A,143B 用 EMEM(EBSS),K7M2 用 DMEM。三瓶培养基不能混用,也不能"沿用上一株的配方"。
143B 必须补 BUdR。它要额外添加 BUdR(5-溴-2′-脱氧尿苷) 才能维持 TK⁻ 表型。漏加会导致表型漂移,实验直接白做。
K7M2 是小鼠细胞。它的种属、生物安全等级与鉴定方法都和人源细胞不是一套逻辑,别把它混进人源细胞的培养基池里。
K7M2 的来路值得单独说一句。它是把小鼠骨肉瘤细胞 K7 注射进 BALB/c 小鼠胫骨,取其自发形成的肺转移灶,再植入下一只小鼠的胫骨骨旁肌肉瓣,如此反复循环后建成的细胞系。换句话说,它的"高转移"不是筛出来的,而是被体内环境一轮轮选出来的。这也是它成为骨肉瘤肺转移研究常用工具的原因。同源的 K12 株转移能力弱得多(自发肺转移率 33%,观察 140 天未见中位死亡),两者常配对使用作对照。
1.3 传代前的准备
试剂
完全培养基:基础培养基(U-2 OS 用 McCoy’s 5A,143B 用 EMEM(EBSS),K7M2 用 DMEM)+ 10% FBS(胎牛血清,提供生长因子与贴壁因子)+ 1% P/S(青霉素-链霉素双抗,抑制细菌污染)。
胰蛋白酶-EDTA 消化液:常用 0.25% 胰蛋白酶 + 0.02%–0.05% EDTA。胰蛋白酶负责切断细胞与瓶底、细胞与细胞之间的黏附蛋白;EDTA 则通过螯合钙镁离子从旁辅助解离。U-2 OS 对胰酶敏感,浓度可降到 0.05%–0.125%;K7M2 按 ATCC 协议用 0.25% 胰蛋白酶-0.53 mM EDTA。
无菌磷酸盐缓冲液(PBS 或 D-Hanks):必须不含 Ca²⁺/Mg²⁺。血清里含有胰酶抑制剂,润洗的目的就是彻底去除残留血清;钙镁离子则会影响解离效果。
预温处理:胰酶、PBS 与完全培养基提前置于 37 ℃ 水浴预热 15–20 min,避免温差刺激细胞。
耗材与设备
培养瓶(T25 / T75)、15–50 mL 无菌离心管、无菌移液管与电动移液器、1 mL 及 200 µL 移液器与枪头
超净工作台或生物安全柜(提前 30 min 开紫外灯 / 风机消毒)、37 ℃ 恒温 CO₂ 培养箱(5% CO₂、饱和湿度)、倒置相差显微镜、台式离心机(配平衡转子)、水浴锅
75% 酒精喷壶、无菌棉签、废液缸、细胞培养记录表(或电子记录)
若 K7M2 用于体内成瘤与转移实验,还需另备 BALB/c 小鼠及相应的动物实验伦理审批
安全提示:143B 与 U-2 OS 为人源细胞系,按 BSL-2 级生物安全规范处理;K7M2 为小鼠源,ATCC 将其定为生物安全等级 1。无论等级高低,全部涉及活细胞的操作都应在生物安全柜内完成。穿实验服、戴手套与护目镜;废弃培养基、胰酶和消耗品需经含氯消毒剂处理后,按实验室生物废弃物流程处置。三株细胞建议分时段操作,移液管、培养基瓶与废液缸不要跨种属共用。
二、传代步骤:七步法
以下流程以一支 T25 培养瓶、传代至 2–3 支 T25 为例。T75 瓶的表面积约为 T25 的 3 倍,各试剂用量按比例放大 3 倍。
第 0 步:判断细胞状态与传代时机
先看显微镜,再动手。三项判定标准:
形态:细胞边界清晰、折光性好、铺展均匀,呈铺路石、梭形或成骨细胞样;
培养基:颜色仍为橙红色、澄清透明、无浑浊与漂浮颗粒。若迅速变黄或出现浑浊,提示密度过高、代谢废物累积或污染;
漂浮细胞:占比应低于 5%,细胞贴壁牢固,无大片脱落或异常空泡。
传代时机:细胞密度达到 80%–90% 最合适。
经验法则:“宁早勿晚”。 细胞密度到 80% 就可以安排传代,比等细胞过度铺满后再紧急抢救更能维持遗传与表型稳定性。连续培养不建议超过 20–30 代,重要实验务必使用低代次细胞。
步骤 1:传代前检查
所有进入超净台的东西都需75%酒精消毒!!手和袖子不可在敞开的管口或瓶子上方经过!!
提前将胰酶、PBS、完全培养基置于 37 ℃ 水浴预热 15–20 min;
打开超净台紫外照射 30 min 后关闭,开启风机,用 75% 酒精擦拭台面及双手;
从培养箱取出细胞瓶,先在倒置显微镜下确认汇合度、形态与培养基颜色,拍照记录后再操作。
步骤 2:弃旧培养基与润洗
将细胞瓶平稳移入超净台,用镊子移除封口膜,瓶口过火(酒精灯或红外灭菌器)后旋松瓶盖;
用无菌移液管吸弃全部旧培养基(T25 约 4–5 mL),移入废液缸;
沿瓶壁(避开细胞面)加入 2–3 mL 预温 PBS,轻轻晃动瓶身洗涤细胞面后吸弃。必要时重复润洗 1 次,尽量去除残留血清。
步骤 3:消化(最关键的一步)
沿瓶壁加入 0.25% 胰酶-EDTA 1–1.5 mL(T75 瓶用 3–5 mL),轻晃使消化液铺满细胞层;
盖好瓶盖,置于 37 ℃ 培养箱(或室温静置)消化。放入后第 1–2 分钟就应取出,置于显微镜下观察;
判断消化终点:细胞间隙变大、胞体回缩变圆、折光性增强,轻晃瓶身可见成片细胞滑动脱落,即可终止。通常需要 2–5 min,但不同品牌的胰酶差异较大,以镜下形态为准;
消化期间切忌拍打、剧烈摇晃培养瓶,否则细胞成团脱落,吹散时会很痛苦。
三株的消化节奏不一样。 U-2 OS 最快,143B 居中,K7M2 最慢——ATCC 给 K7M2 的窗口是 5–15 min,而且明确要求等待期间不要拍打或摇晃培养瓶。别用一个"标准分钟数"套三株细胞,各自的镜下形态才是终点信号。K7M2 一时半会儿下不来的,可以放回 37 ℃ 再等一下,不要靠晃瓶催它。
步骤 4:终止消化与收集
达到消化终点后立即加入 3–4 mL 完全培养基终止消化,血清可中和胰酶活性;
用移液管沿瓶壁轻柔吹打细胞面 5–10 次,将残余细胞完全冲下并打散,注意避免产生大量气泡;
准备无菌离心管,管盖打开正扣在台面上;
将细胞悬液转移至 15 mL 无菌离心管,取少量悬液滴于计数板或直接镜检,确认已形成分散的单细胞悬液。
步骤 5:离心
配平后于台式离心机中 800–1000 rpm(约 100–150 × g)离心 3–5 min;
取出离心管,可见管底松散的细胞沉淀。在超净台内倾去或吸弃上清,胰酶与代谢废物随上清一并除去。
可否省略离心? 若吹打后细胞分散良好,也可以直接将含胰酶的细胞悬液稀释 5–10 倍后接种(胰酶被大量培养基稀释后活性可忽略),此法更快,对细胞的扰动也更小。但换新批次培养基、需要洗涤杂质或严格控制接种密度时,建议保留离心步骤。
步骤 6:重悬与细胞计数
向沉淀中加入 1–2 mL 新鲜完全培养基,用移液器轻柔吹打 10–15 次使细胞完全重悬,形成均匀的单细胞悬液;
取 10 µL 悬液与等体积 0.4% 台盼蓝混匀,用血细胞计数板计数并评估活力(活率应 > 90%),或使用自动细胞计数仪;
依据所需接种密度计算接种体积。
台盼蓝原理:活细胞膜完整,能排斥染料、不被染色;死细胞膜破损,被染成蓝色。所以"不被染蓝的比例"就是细胞活率。
步骤 7:分瓶、接种与标记
方式 A:按比例分瓶(维持培养常用)。将原瓶细胞悬液按 1:2 至 1:4 分装到新瓶(143B 可至 1:3–1:8,K7M2 为 1:4–1:6),每瓶补足培养基至标准工作体积(T25 为 4–5 mL,T75 为 12–15 mL)。
方式 B:按密度接种(实验前定量)。根据计数结果按目标密度接种,U-2 OS 常用工作密度为 2–4 × 10⁴ 个/cm²,使次日汇合度约 30%–50%,2–3 天后达到可实验或可传代的密度。K7M2 的密度口径低得多,ATCC 协议给的是接种 6 × 10³–8 × 10³ 活细胞/cm²、维持 5 × 10⁴–3 × 10⁵ 个/cm²,别直接照搬人源株的数字。
随后:
用十字法轻轻摇晃培养瓶,使细胞均匀铺展;
瓶盖旋松至通气位置(或使用透气盖),瓶身写明细胞系名、代次、日期与操作人;
将培养瓶平稳放回 37 ℃、5% CO₂、饱和湿度培养箱,静置培养,24 小时内尽量不移动。
步骤 8:清理超净台
不要的细胞悬液直接倒入废液桶;
未用完的试剂需要缠好封口膜之后放入4℃冰箱保存,清理垃圾和废液桶;
用75%酒精擦拭超净台面;
拉下玻璃关闭灯光,打开紫外照射台面杀菌。
快速对照表(T25 瓶)
快速对照表(K7M2,ATCC 口径)
传代后的观察时间线
每次观察都要记录:日期、代次、汇合度、形态描述、培养基颜色、漂浮细胞比例,并留存镜下照片,逐步积累成一份完整的细胞培养日志。
三、关键注意事项
3.1 无菌操作必须贯穿始终
所有试剂开盖前过火,瓶口不接触台面;三株细胞的操作要错开时间并更换手套,种属之间尤其不要共用移液管、培养基瓶与废液缸。这是所有失败原因中最"不可原谅"的一类,也是最容易纠正的一类。
3.2 消化是变量最大的一步
不同品牌、批次的胰酶效力差异显著。建议新批次使用前先用一小瓶细胞试消化,建立自己的"时间-形态对照表",而不是照抄别人的消化分钟数。
同时牢记"避免过度胰酶化":一个"轻"字要贯穿消化与吹打全程。机械损伤会显著降低细胞活力,并诱导细胞产生应激反应,连带影响下游实验数据。
3.3 支原体防控
支原体(mycoplasma)污染在细胞培养中极为常见,而且不会引起培养基浑浊,肉眼与普通镜检都难以察觉。建议每 1–2 个月对培养细胞做一次支原体检测(如 MycoAlert 类试剂盒或 PCR 法)。支原体阳性的细胞应坚决废弃并重新复苏,不要试图"抢救"。
3.4 细胞鉴定与记录
这是骨肉瘤研究中风险最高、却最常被忽视的环节:
新收细胞或重要实验前做 STR 分型鉴定。STR(短串联重复序列)分型是细胞鉴定的金标准,可以理解为细胞的"DNA 指纹"。
但 STR 分型只适用于人源细胞(143B、U-2 OS)。K7M2 是小鼠细胞,没有同等规模的公开比对库,种属确认要靠物种特异性 PCR、线粒体 COI 条形码,或向供应商索取小鼠 STR 图谱。
反过来说,如果某株"人源"细胞的人类 STR 分型怎么都对不上,先别急着怀疑操作污染,做一次种属鉴定——有可能它根本不是人的。
全局数据相当刺眼:国际细胞系鉴定委员会(ICLAC)已列出 530 余株错误识别细胞系;有统计显示,超过 32,500 篇论文引用了被 ICLAC 判定为错误识别的细胞系;常见细胞系中高达 33% 存在同种或异种细胞、支原体或病毒污染。
骨肉瘤领域甚至有真实案例:某研究宣称建立的新细胞系 ZOSL-1,经 Cellosaurus 的 CLASTR 工具比对 7,600 余株人源细胞系后,被证实实为已有 HOS 系(或其衍生系 MNNG/HOS)。143B 本身就是 HOS 的衍生株,这类亲缘关系一旦记录不全,极易认错。
坚持记录代次(建议同时记录 population doubling,群体倍增数),并将传代次数纳入实验报告。这条对 K7M2 尤其重要:体内接种用的是同一批细胞,代次与活率会直接写进成瘤率和转移率里。
3.5 CO₂ 培养箱管理
定期校准 CO₂ 浓度与温度;水盘使用无菌水并每周更换,防止霉菌滋生。培养箱往往是污染的共同源头,管理一松散,全实验室的细胞一起遭殃。
3.6 三株细胞各自的坑
培养基别搞混。 U-2 OS 用 McCoy’s 5A,143B 用 EMEM(EBSS)另加 BUdR,K7M2 用 DMEM。三瓶培养基同时摆在超净台上,就是最容易出事的时候——最稳妥的做法是一次只开一瓶。
143B 的 BUdR 不能漏。 这是维持其 TK⁻ 表型的必要条件,漏一次就可能出现表型漂移。
U-2 OS 别消化过头。 它贴壁牢固但对胰酶敏感:消化不足难以吹散,消化过度则大量成团并出现死细胞。必须在镜下实时监控,一旦变圆立即终止。
K7M2 别催。 ATCC 给它的消化窗口是 5–15 min,比两株人源细胞长得多,等待期间也不能拍打、摇晃培养瓶——它比人源株更容易成团。按 143B 的节奏去卡它,结果往往是嫌它下不来、再加一次胰酶,最后细胞没事也会被你折腾出应力反应。
3.7 常见问题排查表
四、结语
传代看起来只是"倒液、加酶、分瓶"三步动作,真正决定实验成败的却是三件事:
在正确的时机动手。汇合度 80%–90%、处于对数生长期,宁早勿晚;
把变量控制住。尤其是消化时间与接种密度,靠自己的记录表,而不是他人的经验值;
守住身份与代次两条底线。STR 鉴定加代次记录,避免用错误的细胞做出漂亮却无效的数据。
对这三株细胞而言,还需额外记住:培养基是三套配方,143B 要补 BUdR,U-2 OS 对胰酶敏感,K7M2 消化要慢、而且它是小鼠细胞。
免责声明:本教程为通用操作培训材料,具体细胞系的培养基配方、消化液浓度、传代比例与代次限制,请始终以供应商产品说明书及实验室 SOP 为准。
参考资料
实验室《肝癌细胞传代操作教程》,QSY,2026 年 9 月(本文流程骨架来源)。
ECACC / Culture Collections — U-2 OS 细胞系档案(Cat. 92022711):培养基 McCoy’s 5a + 1.5 mM 谷氨酰胺 + 10% FBS,70–80% 汇合传代,接种 2–4 × 10⁴ 个/cm²。 https://www.culturecollections.org.uk/products/celllines/detail.jsp?refId=92022711
ECACC / Culture Collections — 143B 细胞系档案(Cat. 91112502):EMEM(EBSS) + 2 mM 谷氨酰胺 + 15 µg/mL BUdR + 1% NEAA + 10% FBS。 https://www.culturecollections.org.uk/nop/product/143b
ATCC — K7M2 wt [K7M2-WT](CRL-2836)产品档案:小鼠 BALB/c,成骨细胞,DMEM + 10% FBS,传代比例 1:4–1:6,倍增时间约 31 h,接种 6–8 × 10³ 活细胞/cm²,生物安全等级 1,接种后 >90% 自发肺转移。 https://www.atcc.org/products/crl-2836
Khanna C, et al. An orthotopic model of murine osteosarcoma with clonally related variants differing in pulmonary metastatic potential. Clin Exp Metastasis 2000;18:261-271(K7M2 与 K12 肺转移能力对照)。 https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/11315100/
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Crown Bioscience — Authenticating Your Cell Lines: Why, When and How:ICLAC 已列 530+ 错误识别细胞系,>32,500 篇论文受影响,常见细胞系污染率高达 33%。 https://blog.crownbio.com/authenticating-your-cell-lines
Cellosaurus STR Similarity Search (CLASTR):https://www.cellosaurus.org/str-search/