（一）细胞生物学与培养细胞生物学

现代细胞学随着细胞体外培养的实施及相关学科的进步，诞生了细胞生物学（cell biology)。细胞生物学是生命科学领域中最活跃、最富有发展前景的学科，又是一门发展中的新兴学科，其研究内容是多方面的，并将细胞的研究从细胞整体、亚细胞结构和分子结构等三个不同层面上，将细胞的结构与功能统一起来，探讨细胞生命活动的结构基础，研究细胞内各部分的化学组成和代谢活动，并研究其相互关系和作用，以阐明生物有机体的生长、分化、运动、遗传、变异、衰老死亡等基本生命活动规律。

细胞生物学具有细胞遗传学（cytogenetics )、细胞生理学（cytophysiology )、细胞化学(cytochemistry )、细胞社会学（cytosociology )、细胞形态学（cytomorphology）和分子细胞学(molecular cytology）等6个分支学科。细胞生理学是研究细胞生命活动规律的学科，研究细胞如何从环境中摄取营养，经过代谢获得能量，以进行生长、分裂及其表达功能的；分子细胞学是从遗传信息流（DNA→RNA→Protein）的角度研究细胞内遗传物质的结构和表达的调控；细胞社会学是从系统论的观点出发，研究整体和细胞群中细胞间的社会行为，包括细胞识别、细胞通信和细胞相互作用，研究整体和细胞群对细胞生长、分化和死亡等活动的调节控制。新诞生的培养细胞学要研究的内容在某种意义上和上述三个分支学科有相似之处，但后者是指细胞在体外培养的特定条件下，通过对离体细胞的研究，获取与其相似三个学科所研究的内容和信息。

细胞离体培养的同时也离开了体内神经和体液的调节，随着细胞的传代与纯化，其大部分基因先后都关闭了，不再表达其基因产物；细胞表面受体也因得不到信号刺激而丧失功能，培养条件下的细胞趋人形态与功能的单一化。用这样的细胞去研究和探讨生命的秘密是不可能的。而培养细胞学（cultural cytology）的任务就是应用细胞培养技术研究离体细胞的生命现象和规律，在比较和分析体内、外细胞差异的基础上，通过模拟生理条件的革新来减少这种差异，从细胞和分子水平上去揭示生命的奥秘，服务于生物学和医学的科研与应用。培养细胞学必须在研究与应用中去发展和完善自身，必须在细胞增长周期的调控、细胞通信和细胞信号转导、细胞的生长与分化、细胞衰老与死亡等儿个方面加大研究力度，保证在细胞周期中所发生的一系列有序的生化反应，用来调控来自体内外的多种因素。机体功能上的协调统一要求细胞之间的相互作用和影响，即有一个完善的细胞通信，并要求能灵敏和正确进行，在细胞通信中细胞如何识别周围环境中存在的各种信号，并将其转换成细胞内各种分子功能的变化，从而改变细胞内的某些代谢过程，影响细胞的生长速度。随着分子生物学的进展，近年来对细胞信号、分子受体、跨膜信号转导系统及胞质内存在着多种信号转导方式和途径，这是一个十分复杂的网络系统。因此，研究与阐明细胞信号转导的机制对洞悉生命活动本质具有重要作用。这也是培养细胞学研究的重点工作。

（二）培养细胞生物学的研究内容

随着细胞生物学和分子生物学的相互渗透，分子克隆技术与细胞培养技术相结合，在阐明基因的结构与功能，基因在细胞生长和分化中的作用，以及细胞癌变机制等方面起了重要作用。因此，对活细胞的研究仍是当前生命科学的中心问题之一。

1．细胞培养技术在病毒学中的应用培养细胞为病毒的增殖提供了场所，细胞是分离病毒的最好和最方便的基质，体外培养细胞无抗体及非特异拮抗物质的影响，而且对病毒的敏感性较体内细胞为高，采用离心感染法或提取病毒核酸进行感染，并以细胞打孔器协助感染性核酸的侵入，可扩大病毒感染的宿主范围；病毒感染指标容易观察，光学显微镜下就可见到细胞病变效应（cytopathic effect, CPE )、包涵体、细胞融合、血细胞吸附等现象，同时也便于用分子病毒学技术进行检测。利用细胞培养可准确进行病毒定性和定量的研究，测定TCID50并用于病毒感染及防治方面的研究。在制备减毒活疫苗和诊断用抗原时，也离不开细胞这一病毒增殖的场所，所以在一定程度上可以说，组织培养技术是伴随着病毒学的发展而发展起来。

2．细胞生物学的基础研究单个细胞克隆便于对细胞生物学的基础理论进行研究，如细胞形态，结构，细胞器及其功能，遗传物质、核型、变异、细胞转化、生长周期等，离体培养细胞便于进行环境因素、药物等单因素及多因素的影响作用，探索其作用机制等研究。当今细胞生物学研究的热点，如细胞通信和细胞信号转导，细胞增殖与细胞周期的调控，细胞生长和分化，细胞的衰老和死亡等，以及干细胞的应用研究和细胞工程都要以培养细胞学为基础，以细胞培养技术为手段和工具。
3．细胞工程学研究手段已基本建立组织工程学是一门新兴学科，它利用生命科学和工程学的原理和方法，以生物材料为载体整合被分离的细胞，在宿主体内降解释放细胞，并形成新的具有生物活性的功能组织。利用生物组织工程学原理和手段，再生组织修复组织缺损，突破了以往的治疗模式，为生物组织的再生及修复提供了新的思路和方法。另一方面，在细胞水平上利用细胞融合及杂交技术，进行细胞工程的研究与开发。如生物反应器的开发研究，将生物活性物质的基因导入动物受精卵，随后从动物组织，体液分泌物中获得外源基因的表达产物。如获取人生长激素，先制备人生长激素的mRNA，互补成cDNA后再合成dsDNA，插入SV40病毒中感染猴肾细胞，经大量扩增培养，以107/ml细胞浓度计算，每日从培养液中可收获近lmg生长激素，而用化学提取法生产生长激素时，用羊脑为材料，需从10万只羊脑中仅能提取1 mg，而且不是纯生长激素。

4．干细胞的培养及应用干细胞是机体的最原始的细胞。具有较强的再生能力，在一定条件下可分化增殖出各类细胞。但干细胞的数量极少，故需分离、保存并在体外大量培养使之长成各种组织和器官。目前干细胞的分离培养主要是集中在有很高应用前景的造血干细胞、胚胎干细胞和神经干细胞上，已成为干细胞研究的首要课题。当然，人们对干细胞的了解仍存在着很多盲区，不论从深度与广度上，还是从临床应用上，干细胞的分离培养与诱导分化等都是培养细胞学的研究重点。

干细胞的研究最终将为人类健康带来无限的益处，其前景目前尚无法估量。干细胞将利用生物学知识构建出新的、可供安全移植到患者体内的器官，而且干细胞的工作无疑会为这项突破作出巨大贡献。干细胞研究的进展为肿瘤或其他众多的不知名的，甚至起源神秘的严重危害人类健康的疾病的治疗带来希望。为患有各种各样疾病的，不同年龄、不同性别的各种背景的人们带来希望。同时，期望干细胞研究应通过适当的方法朝着治愈疾病和创伤的方向前进。这也是无数患者及其亲属们所期望的。

在人类胚胎干细胞的研究上具有伦理学争议，因为它伴随着人类胚胎的毁灭。其伦理问题涉及毁灭人类胚胎是否为道德所允许，因此是否应当推迟胚胎干细胞的研究。从别人对胚胎的破坏中我们能否获益，我们能否为了获得胚胎干细胞而创造一个胚胎并将其破坏，为了治疗性克隆研究，我们是否可以去克隆胚胎等。使用体外人工授精获得的胚胎而进行胚胎干细胞的研究，目前仍不被允许。

5．淋巴细胞培养技术的应用淋巴细胞在培养环境中，在受到某些生长因子的刺激下，出现旺盛的分裂增殖。淋巴细胞培养的成功对反映机体免疫功能状况起很大作用，如研究细胞标记，检测T,B细胞数量及功能，检测T细胞亚群的变化（CD3,CD8,CD4等细胞），研究T,B细胞与细胞因子及体液因子的信息传递等，检测细胞因子产生能力（如IL-2, TNF ,
IFN等）、检测CTL细胞、NK细胞等细胞毒作用，制备LAK细胞、TIL细胞和CIK细胞等用于临床肿瘤治疗等。

6．遗传疾病的产前检查用羊膜穿刺术获得羊水中的胎儿脱落细胞进行培养，便可在妊娠早期诊断胎儿是否患有先天性遗传病，少量胎儿脱落细胞是能分裂的，经2～4周生长，形成显著单层上皮样细胞，可按常规制备染色体。另可检测AFP等，可于产前检测出几十种代谢病与遗传病，较准确地指导优生优育。

7．细胞作为毒性实验及生物安全性实验的工具很多化学物质、放射线等对机体的毒性实验及其产生不良影响的安全性调查等，不能用人体试验，用动物实验成本也很高，而细胞培养技术为其提供了最简易而又可靠的方法，并对研究毒性机制提供了良好的实验对象。另一方面，利用一种可观察与检测的指标来测试某药物作用体外培养细胞的变化，如某细胞生长因子对细胞的促分裂作用；某激素促体外培养胰岛细胞分泌胰岛素的作用；某药物杀伤细胞的细胞毒作用等。临床常做肿瘤细胞对抗癌药物的药敏测试，以指导临床抗癌药物的使用及配伍。

8．细胞培养在现代生物技术中应用很广，如基因分离、基因测序与表达、基因转移与重组、癌基因研究等。在转基因动物的研究中也被广泛应用，如将生长激素的基因导入小鼠受精卵中，获得生长快、个体大的转基因巨型小鼠。在培育优良品种时，研制抗病基因、抗病毒基因等转基因动、植物，展示良好前景。在器官移植寻找器官供体上，有人将人的基因转给猪受精卵，培育出带有人类基因的猪，用猪肾供患者进行肾移植，这种做法正在试验中，如成功将会给移植外科带来突破性进展。用遗传改造过的人体细胞直接移植或转入患者体内，达到控制和治愈疾病为目的的细胞治疗，以及为修复某些人体的缺损组织或器官而进行的器官或组织克隆，现已证明有可能使胚胎干细胞（ES细胞）分化为特殊类型的细胞，作为组织或器官体外生长的重要细胞来源。近来，动物实验进一步证明从某一种组织的活体碎片有可能产生完整的供移植器官；而人的ES细胞通过定向生长分化有可能成为某特定组织的细胞。这两方面的发展趋势是器官移植研究的基础和希望。