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细胞同步化的方法和原理
细胞同步化是一种通过控制细胞周期，使大量细胞在相同时间点进入特定细胞周期阶段的方法。
主要应用于细胞生物学研究、细胞遗传学和细胞生理学等领域。
常用的细胞同步化方法包括药物处理法、放射线辐射法和营养限制法。
下面将详细介绍这些方法及其原理：
1. 药物处理法：通过给细胞添加特定的化学物质来控制细胞周期。
例如，使用细胞周期抑制剂（如阿霉素、异烟肼、氟乙酰胺等）可以阻止细胞进入或退出特定的细胞周期阶段，从而实现细胞同步化。
此外，还可以利用细胞周期促进剂（如脱氧胸腺嘧啶、多巴胺等）来促进细胞进入特定的细胞周期阶段。
2. 放射线辐射法：通过短暂暴露细胞于放射线（如X射线或紫外线），可引发DNA损伤和细胞凋亡等反应，从而导致细胞同步化。
在辐射后，生存的细胞会重新开始增殖，并在相同的时间点进入细胞周期特定阶段。
3. 营养限制法：通过控制细胞培养基的营养成分，如氨基酸、葡萄糖等，可以限制细胞的生长和增殖速度，从而实现细胞同步化。
在特定的营养条件下，细胞会在一定时间内停滞于同一个细胞周期阶段。
这些方法的原理是通过干扰细胞周期的正常进行，使大量细胞在特定的细胞周期阶段同时进入或停滞，以便研究某一特定阶段的细胞生理过程或细胞周期调控机制。
不同的方法适用于不同类型的细胞和
研究目标，选择合适的方法需要根据具体实验需求和细胞特性来确定。
细胞周期同步化在细胞培养过程中，细胞多处于不同的细胞周期时相中，其中有少数细胞在进行有丝分裂活动，其余细胞分别处于G1、S和G2各期。
不同时相的细胞对药物干预存在不同反应，会影响实验的重复性，因此,需要获得周期一致性的细胞。
利用细胞同步化技术可使细胞大量的处于同一细胞时期，并可获得该时期大量的物质，如细胞中期时的染色体.细胞周期同步化(synchronization）是指为了研究某一时相细胞的代谢、增殖、基因表达或凋亡，借助某种自然或人为的实验手段,使细胞群体中处于细胞周期不同时相的细胞停留在同一时相（除了G0期的细胞）的现象。
细胞同步化本质上包括用一定的方法获得一定数量的同步化细胞群和使细胞进入同步化生长的两层含义。
DNA 合成抑制法是通过抑制DNA合成将细胞同步于同一时期的方法。
高浓度TdR（胸腺嘧啶核苷）双阻断法是目前常用的抑制DNA 合成的同步化方法.它可逆地抑制DNA 合成,而不影响其他时期细胞的转运，最终可将细胞群阻断在S 期或G1 /S 交界处.其原理是: Td Ｒ是细胞DNA 合成不可缺少的前体,但向培养基中加入过量TdＲ,可形成过量的三磷酸腺苷，后者能反馈抑制其他核苷酸的磷酸化，从而抑制DNA 合成.它将细胞同步于G1 /S期交界处，同步化程度高，适用于任何培养体系，可将几乎所有的细胞同步化，但是容易产生非均衡生长，个别细胞体积增大.TdＲ双阻断法因为简单易行且可逆，在肿瘤药理方面对细胞周期同步化的实验中得到了广泛的应用。
羟基脲、5—氟脱氧尿嘧啶、阿糖胞苷、氨甲蝶呤和高浓度ADR、GDR也属于DNA合成抑制剂,它们与TdR作用相似,均可通过抑制DNA 合成达到同步化的目的。
中期阻断法是利用破坏微管的药物将细胞阻断在M期从而得到同一时期细胞的方法，常用的药物有秋水仙素等。
秋水仙素通过抑制微管的聚合，进而抑制有丝分裂装置的形成，将细胞阻断于有丝分裂中期然后再释放使细胞达到同步化。
中期阻断法非平衡生长问题不明显，但可逆性比较差，当阻断时间过长时，许多细胞产生异常分裂。
细胞周期同步化常用的方法在一般培养条件下，群体中的细胞处于不同的细胞周期时相之中。
为了研究某一时相细胞的代谢、增殖、基因表达或凋亡，常需采取一些方法使细胞处于细胞周期的同一时相，这就是细胞同步化技术。
细胞同步化的方法有选择同步化和诱导同步化，其中，选择同步化常用的方法有有丝分裂选择法和细胞沉降分离法。
选用DNA合成抑制剂可逆地抑制S期细胞DNA合成而不影响其他细胞周期运转，最终可将细胞群体阻断在G1/S期交界处；一些抑制微管聚合的药物，因抑制有丝分裂装置的形成和功能行使，可将细胞阻断在有丝分裂中期，即使细胞同步于M期。
一、M期同步化方法1．振荡收集法该法利用M期细胞变圆易脱落的特点，将生长旺盛的贴壁细胞按一定的时间间隔振荡，使M期细胞脱落，逐步收集培养基，并补充新的培养基。
收集的细胞放4℃冰箱中保存，离心沉淀后即获得M期细胞。
2．秋水仙素阻抑法（1）将细胞传代培养至指数生长期。
（2）加入秋水仙胺，使最终浓度为0.05－0.1μg/mL培养基，作用6－7 h。
如使用秋水仙素，使用浓度应加大5～10倍。
（3）振荡收集细胞，800 r/min离心5－10 min，弃上清，收集的沉淀细胞即为M期细胞。
加入一定量培养基将细胞接种到培养瓶中或直接进行离体实验。
由于秋水仙素或秋水仙胺对细胞有一定毒性，用量较小或作用时间较短细胞活性尚可恢复，而用量过大或时间过长则细胞不能存活，因此使用时应严格控制其剂量和作用时间。
3．N2阻断法此方法较秋水仙素阻抑法好（1）将细胞传代培养至指数生长期。
（2）将培养瓶置于N2罐中通入适量CO2（约相当于罐中体积的5％）。
（3）关闭好N2罐，接上N2管子及压力表，缓缓向罐中充气一直到压力为80-90磅/英寸2为止。
（4）将N2装置放在37℃培养箱中10－16 h（通常过夜）。
次日从培养箱中取出，然后缓缓将N2放出（最好放出窗外）。
（5）取出细胞在镜下观察同步化效果，用振荡法收集细胞于离心管中。
细胞周期同步化借助某种实验手段(自然地或经人为地),使细胞群体中处于细胞周期不同时相的细胞停留在同一时相的现象。
细胞周期同步化分：自然同步化和人工同步化。
自然同步化：是自然界存在的现象, 在动、植物细胞都有发现。
它们不受人为条件的干扰, 因而有可能在接近自然的条件下进行观察, 但自然同步化的细胞群体受到诸多条件的限制, 对结果有很大的影响。
人工同步化：是利用细胞培养的方法, 用各种理化因素处理获得的同步化生长的细胞。
常用的细胞人工同步化的方法分为选择同步化、诱导同步化或者两者的结合。
同步化分类及方法（一）自然同步化1．多核体如粘菌只进行核分裂，而不发生胞质分裂，形成多核体。
数量众多的核处于同一细胞质中，进行同步化分裂，使细胞核达108，体积达5~6cm。
疟原虫也具有类似的情况。
2．某些水生动物的受精卵如海胆卵可以同时授精，最初的3次细胞分裂是同步的，再如大量海参卵受精后，前9次细胞分裂都是同步化进行的。
3．增殖抑制解除后的同步分裂如真菌的休眠孢子移入适宜环境后，它们一起发芽，同步分裂。
（二）人工同步化1．选择同步化1) 有丝分裂选择法：使单层培养的细胞处于对数增殖期，此时分裂活跃，分裂指数高,MI高。
有丝分裂细胞变圆隆起，与培养皿的附着性低，此时轻轻振荡，M期细胞脱离器壁，悬浮于培养液中，收集培养液，再加入新鲜培养液，依法继续收集，这样每隔1h摇一次并收获一次，倾出培养液贮存于2~4℃冰箱中保存可连续收集24h，则可获得一定数量的中期细胞。
其优点是，操作简单，同步化程度高，细胞不受药物伤害，缺点是获得的细胞数量较少。
（分裂细胞约占1%～2%）2）细胞沉降分离法：不同时期的细胞体积不同，而细胞在给定离心场中沉降的速度与其半径的平方成正比，因此可用离心的方法分离。
其优点是可用于任何悬浮培养的细胞，缺点是同步化程度较低。
2．诱导同步化1）DNA合成阴断法：选用DNA合成的抑制剂，可逆地抑制DNA合成，而不影响其他时期细胞的运转，最终可将细胞群阻断在S期或G/S交界处。
细胞周期同步化有哪些方法？在一般培养条件下，群体中的细胞处于不同的细胞周期时相之中。
为了研究某一时相细胞的代谢、增殖、基因表达或凋亡，故常需借助某种自然或人工的实验手段，使细胞群体中处于细胞周期不同时相的细胞停留在同一时相的现象，这就是细胞同步化技术。
由于细胞群体受到多种条件限制，对结果有很大影响，所以一般采用人工同步方法，下面就来介绍几种常用的方法。
M期同步化法01振荡收集法该法利用M期细胞变圆易脱落的特点，将生长旺盛的贴壁细胞按一定的时间间隔振荡，使M期细胞脱落，逐步收集培养基，并补充新的培养基。
按照此法继续收集，可得到一定数量的M期细胞。
优点：方法简单，同步化程度高且不受药物伤害，能够真实反应细胞周期状况；缺点：由于M期较短，得到的细胞很少，并且只适用于贴壁细胞。
02秋水仙素阻抑法秋水仙素可以抑制微管聚合，因而能有效地抑制细胞纺锤体的形成，将细胞阻断在细胞分裂中期。
此方法也比较简单，将细胞培养至指数生长期，加入秋水仙素，使培养基最终浓度为0.25~0.5μg/mL，作用6~7min，收集细胞800r/min离心5~10min，弃上清，沉于管底的细胞即为M期细胞。
注意：由于秋水仙素对细胞有一定毒性，用量较小或作用时间较短时细胞活性尚可恢复，而用量过大或时间过长则细胞不能存活，因此使用时应严格控制其剂量和作用时间。
03N2阻断法细胞培养至指数生长期后将培养瓶置于N2罐中并通适量CO2 ，约相当于罐中体积的5%。
关闭好N2罐，接上N2管子及压力表，缓缓向罐中充气一直到压力为80~90磅/英寸为止。
将N2装置放在37℃培养箱中10~16h(通常过夜)。
次日从培养箱中取出，然后缓缓将N2放出。
取出细胞在镜下观察同步化效果，用振荡法收集细胞于离心管中。
800r/min离心10min收集细胞。
优点：此方法较秋水仙素阻抑法好。
S期同步化法01胸腺嘧啶核苷（T dR）双阻断法胸腺嘧啶核苷（T dR）是一种DNA合成可逆抑制剂（阻断S期，去除后S期可继续进行）。
扩展：细胞周期的测定及其同步化一、细胞周期同步化：在同种细胞组成的一个细胞群体中，不同的细胞可能处于细胞周期的不同时相，人们可以通过人工选择或药物诱导来使整个细胞群体处于细胞周期的同一时相。
DNA合成阻断法：选用DNA合成抑制剂可逆地抑制S期细胞DNA合成，而不影响其他时期的细胞周期运转，最终可将细胞群体阻断在G1/S期交界处。
A B C D图11-6 应用过量的TdR阻断法进行细胞周期同步化A：处于对数生长期的细胞；B：第一次加入TdR,所有处于S期的细胞立即被抑制，其他细胞运行到GJS交界处被抑制；C：将TdR洗脱，解除抑制，被抑制的细胞沿细胞周期运行；D在解除抑制的细胞到达G i期终点前，第二次加入T d R并继续培养，所有的细胞被抑制在G i/S交界处TdR双阻断法：第一次阻断时间应大于G2+M+G1期时间的总和，释放时间大于S期时间，而小于G2+M+G1期时间，这样才能使所有位于G1/S期的细胞通过S期，而又不使沿周期前进最快的细胞进入下一个S期。
例题：（2017年•全国卷印）利用一定方法使细胞群体处于细胞周期的同一阶段，称为细胞周期同步化。
以下是能够实现动物细胞周期同步化的三种方法。
回答下列问题：（1）DNA合成阻断法：在细胞处于对数生长期的培养液中添加适量的DNA合成可逆抑制剂，处于______ 期的细胞不受影响而继续细胞周期的运转，最终细胞会停滞在细胞周期的_______ 期，以达到细胞周期同步化的目的。
（2）秋水仙素阻断法：在细胞处于对数生长期的培养液中添加适量的秋水仙素，秋水仙素能够抑制___________ ，使细胞周期被阻断，即可实现细胞周期同步化。
经秋水仙素处理的细胞_______ （填“会”或“不会”）被阻断在间期。
（3）血清饥饿法：培养液中缺少血清可以使细胞周期停滞在间期，以实现细胞周期同步化。
分裂间期的特点是_____________________________________ （答出1点即可）。
细胞周期同步化
借助某种实验手段(自然地或经人为地),使细胞群体中处于细胞周期不同时相的细胞停留在同一时相的现象。
细胞周期同步化分：自然同步化和人工同步化。
自然同步化：是自然界存在的现象, 在动、植物细胞都有发现。
它们不受人为条件的干扰, 因而有可能在接近自然的条件下进行观察, 但自然同步化的细胞群体受到诸多条件的限制, 对结果有很大的影响。
人工同步化：是利用细胞培养的方法, 用各种理化因素处理获得的同步化生长的细胞。
常用的细胞人工同步化的方法分为选择同步化、诱导同步化或者两者的结合。
同步化分类及方法
（一）自然同步化
1．多核体
如粘菌只进行核分裂，而不发生胞质分裂，形成多核体。
数量众多的核处于同一细胞质中，进行同步化分裂，使细胞核达108，体积达5~6cm。
疟原虫也具有类似的情况。
2．某些水生动物的受精卵
如海胆卵可以同时授精，最初的3次细胞分裂是同步的，再如大量海参卵受精后，前9次细胞分裂都是同步化进行的。
3．增殖抑制解除后的同步分裂
如真菌的休眠孢子移入适宜环境后，它们一起发芽，同步分裂。
（二）人工同步化
1．选择同步化
1) 有丝分裂选择法：使单层培养的细胞处于对数增殖期，此时分裂活跃，分裂指数高,MI高。
有丝分裂细胞变圆隆起，与培养皿的附着性低，此时轻轻振荡，M期细胞脱离器壁，悬浮于培养液中，收集培养液，再加入新鲜培养液，依法继续收集，这样每隔1h摇一次并收获一次，倾出培养液贮存于2~4℃冰箱中保存可连续收集24h，则可获得一定数量的中期细胞。
其优点是，操作简单，同步化程度高，细胞不受药物伤害，缺点是获得的细胞数量较少。
（分裂细胞约占1%～2%）
2）细胞沉降分离法：不同时期的细胞体积不同，而细胞在给定离心场中沉降的速度与其半径的平方成正比，因此可用离心的方法分离。
其优点是可用于任何悬浮培养的细胞，缺点是同步化程度较低。
2．诱导同步化
1）DNA合成阴断法：选用DNA合成的抑制剂，可逆地抑制DNA合成，而不影响其他时期细胞的运转，最终可将细胞群阻断在S期或G/S交界处。
5-氟脱氧尿嘧啶、羟基脲、阿糖胞苷、氨甲蝶呤、高浓度ADR、GDR和TDR，均可抑制DNA合成使细胞同步化。
其中高浓度TDR对S期细胞的毒性较小，因此常用TDR双阻断法诱导细胞同步化：
在细胞处于对数生长期的培养基中加入过量TDR，（Hela，2mol/L；CHO，7.5mol/L）。
S期细胞被抑制，其它细胞继续运转，最后停在G
/S交界处。
1
时，所有细胞均移去TDR。
洗涤细胞并加入新鲜培养液、细胞又开始分裂。
当释放时间大于T
S
/S交界处，被过量TDR抑制而停止。
脱离S期，再次加入过量TDR，细胞继续运转至G
1
优点是同步化程度高，适用于任何培养体系。
可将几乎所有的细胞同步化。
缺点是产生非均衡生长，个别细胞体积增大。
2）中期阻断法：利用破坏微管的药物将细胞阻断在中期，常用的药物有秋水仙素和秋水仙酰胺，后者毒性较少。
优点是无非均衡生长现象，缺点是可逆性较差。
另外，条件依赖性突变株在细胞周期同步化中的应用：将与细胞周期调控有关的条件依赖性突变株转移到限定条件下培养，所有细胞便被同步化在细胞周期中某一特定时期。
细胞周期同步化的意义
使细胞大量的处于同一细胞时期，以便获得某一时期大量的物质，如细胞中期时的染色体、某一时期的某种物质
细胞周期
细胞周期指由细胞分裂结束到下一次细胞分裂结束所经历的过程，所需的时间叫细胞周期
期(gap1)，指从有丝分裂完成到期DNA复制之前的间隙时间；②时间。
可分为四个阶段：①G
1
S期(synthesis phase)，指DNA复制的时期，只有在这一时期H3-TDR才能掺入新合成的DNA 期(gap2)，指DNA复制完成到有丝分裂开始之前的一段时间；④M期又称D期
中；③G
2
(mitosis or division)，细胞分裂开始到结束。
从增殖的角度来看，可将高等动物的细胞分为三类：①连续分裂细胞，在细胞周期中连续运转因而又称为周期细胞，如表皮生发层细胞、部分骨髓细胞。
②休眠细胞暂不分裂，但在适
期细胞，如淋巴细胞、肝、肾细胞等。
③不分裂细胞，当的刺激下可重新进入细胞周期，称G
指不可逆地脱离细胞周期，不再分裂的细胞，又称终端细胞，如神经、肌肉、多形核细胞等等。
细胞周期的时间长短与物种的细胞类型有关，如：小鼠十二指肠上皮细胞的周期为10小时，人类胃上皮细胞24小时，骨髓细胞18小时，培养的人了成纤维细胞18小时，CHO细胞14小时，HeLa细胞21小时。
不同类型细胞的G
长短不同，是造成细胞周期差异的主要原因。
1
生长因子对细胞增殖的影响
单细胞生物的增值取决于营养是否足够，多细胞生物细胞的增值取决于机体是否需要。
这种需要是通过细胞通信来实现的。
生长因子是一大类与细胞增殖有关的信号物质，目前发现的生长因子多达几十种，多数有促进细胞增殖的功能，故又称有丝分裂原（mitogen），如表皮生长因子（EGF）、神经生长因子（NGF），少数具有抑制作用如抑素(chalone)，肿瘤坏死因子（TNF），个别如转化生长因子β(TGF-β)具有双重调节作用，能促进一类细胞的增值，而抑制另一类细胞。
生长因子不由特定腺体产生，主要通过旁分泌作用于邻近细胞。
各种生长因子分子量大小不同，如：肝细胞生长因子(HGF)由674个氨基酸组成，分子量达80KD，内皮素仅由21个氨基酸组成。
大多数生长因子仅由一条肽链组成，如EGF、TGF-α、FGF，而PDGF、NGF、TGF-β，肝细胞生长因子HGF由两条肽组成。
生长因子的信号通路主要有：ras途径，cAMP途径和磷脂酰肌醇途径。
如通过ras途径，激活MAPK，MAPK进入细胞核内，促进细胞增殖相关基因的表达。
如通过一种未知的途径激活c-myc，myc作为转录因子促进cyclin D、SCF、E2F等G1-S有关的许多基因表达，细胞进入G
1期（图13-29）。
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