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生物库重要提示：文末有惊喜
一、体外培养细胞与体内细胞的差异总览
细胞离体后，由于失去了神经体液的调节和细胞间的相互影响，其生存环境发生了重大变化。在体外培养的细胞生活在缺乏动态平衡的相对稳定环境中，与体内细胞相比，易发生一系列变化。
首先，分化现象减弱。体内细胞在复杂的生理环境中，会根据不同的组织和器官需求进行特定的分化，以执行特定的功能。而体外培养的细胞，失去了这种复杂的调节机制，分化能力逐渐减弱。
其次，形态功能趋于单一化。在体内，细胞的形态和功能多种多样，以适应不同的生理需求。但在体外培养时，细胞往往呈现出较为单一的形态和功能。例如，某些细胞可能会失去其在体内的特殊结构和功能，变得更加简单化。
再者，体外培养的细胞在生存一定时间后可能会衰退死亡，或者发生转化获得不死性，变成可无限生长的连续细胞系或恶性细胞系。虽然这种变化与体内细胞的正常生理过程不同，但也为研究细胞的生长、分化和癌变等提供了重要的线索。
尽管体外细胞与机体细胞存有差异，但并未失去研究的意义。例如，体外培养的心肌细胞仍可搏动，这表明体外细胞在某些方面仍保留着与体内细胞相同的基本结构和功能。从细胞遗传学角度看，离体细胞仍带有全套的二倍体基因，细胞在培养中的表现只不过是相应基因关闭或开启引起的现象。这种现象并非绝对缺陷，反而为研究基因的表达与调控提供了线索。
二、具体差异表现
（一）分化现象改变
体外培养的细胞在分化方面表现出明显的变化。失去了体内复杂的神经体液调节和细胞间相互影响，细胞逐渐失去原有的组织结构和细胞形态，形态上的分化减弱，趋于单一化，类似返祖现象。由于生存环境的改变，细胞的外源信号来源切断，特定基因分化表达减弱或停止，导致特定的蛋白或酶类的合成减弱或停止，进而使细胞在体内时原有的分化功能减弱或消失。例如，肝细胞离体后合成酪氨酸转移酶停止。但一种分化特性的丧失，不等于彻底消除了分化能力，从细胞遗传学角度分析，离体培养细胞含有与体内细胞相同的基因组，只有当特定基因的表达的减弱或停止是基因突变所致，细胞的特定去分化表现才是不可逆的。
（二）生存状态差异
体外培养细胞的生存状态与体内细胞有很大不同。在体外培养环境中，细胞生存一定时间后可能会衰退死亡，这是因为培养环境缺乏体内动态平衡的稳定机制。而体内细胞有特定的生存机制，如神经体液调节、细胞间相互作用等，能够维持细胞的正常生存和功能。同时，体外培养的细胞也可能发生转化获得不死性，变成可无限生长的连续细胞系或恶性细胞系。例如，人胚二倍体成纤维细胞在不冻存和反复传代条件下，可传 30～50 代，相当于 150～300 个细胞增殖周期，能维持一年左右的生存时间，最后衰老凋亡。但如供体为成体或衰老个体，则生存时间较短；如培养的为其它细胞如肝细胞或肾细胞，生存时间更短，仅能传几代或十几代。
（三）基因表达差异
体外培养细胞中某些特定功能的丧失，可为基因表达与调控提供线索。细胞离体后，由于环境的改变，细胞在培养中的表现只不过是相应基因关闭或开启引起的现象。例如，体外培养的心肌细胞仍可搏动，说明虽然体外细胞与机体细胞存有差异，但从某些方面仍能反映出基因的表达情况。这种现象并非绝对缺陷，恰恰相反，在培养的细胞中某些特定功能的丧失，可为研究基因的表达与调控提供重要线索。
（四）癌细胞状态差异
体外培养癌细胞状态稳定，只是复制过程，与体内癌细胞的增殖和发展情况不同。1951 年建立的海拉细胞系，培养到今天，依然跟 1951 年的一样。体外培养癌细胞需要专门的培养瓶、特制的培养基和胎牛血清，在适宜的环境下进行复制。而体内癌细胞具有异质性，不同组织的癌细胞不一样，且癌细胞可以隐匿，甚至潜伏几十年。体外癌细胞的状态稳定，为实验研究提供了一定的便利，但也不能完全反映体内癌细胞的复杂情况。
三、差异产生的影响及意义
（一）对细胞研究的影响
体外培养细胞与体内细胞的差异为细胞研究提供了独特的视角。首先，通过对比体外培养细胞和体内细胞的不同表现，可以深入了解细胞在不同环境下的生物学特性。例如，观察体外培养细胞分化现象的减弱，可以研究细胞分化的调控机制，以及神经体液调节和细胞间相互作用在其中的重要作用。其次，体外培养细胞的基因表达差异为研究基因调控网络提供了线索。通过分析体外培养细胞中特定功能的丧失，可以确定哪些基因在特定环境下被关闭或开启，进而揭示基因表达的调控机制。此外，体外培养细胞的生存状态差异也有助于研究细胞的寿命和衰老机制。
（二）对医学发展的意义
这些差异对医学发展具有重要意义，尤其是在癌症研究方面。体外培养的癌细胞与体内癌细胞的状态差异，为癌症研究提供了重要线索。体外培养的癌细胞状态稳定，只是复制过程，这使得研究人员可以更方便地研究癌细胞的生物学特性，如增殖能力、耐药性等。同时，通过对比体外培养癌细胞和体内癌细胞的不同，可以更好地理解癌症的发生发展机制，为癌症的诊断和治疗提供新的思路。例如，研究人员可以利用体外培养的癌细胞筛选抗癌药物，评估药物的敏感性和耐药性，为临床治疗提供参考。此外，体外培养细胞的差异也为再生医学和组织工程提供了启示。通过研究体外培养细胞的分化能力和生存状态，可以探索如何在体外诱导细胞分化，构建具有特定功能的组织和器官，为疾病的治疗提供新的方法。
（三）对生物技术产业的推动
体外培养细胞与体内细胞的差异也推动了生物技术产业的发展。细胞培养技术在基因工程、细胞工程、酶工程和发酵工程等领域都有广泛的应用。例如，基因工程药物或疫苗的生产很多是通过细胞培养来实现的。通过研究体外培养细胞的特性，可以优化细胞培养条件，提高产品的产量和质量。此外，细胞培养技术也为生物制药、生物材料和生物检测等领域提供了重要的技术支持。总之，体外培养细胞与体内细胞的差异虽然给细胞研究带来了挑战，但也为医学发展和生物技术产业的进步提供了机遇和动力。
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