细胞共培养技术在医药研究中的应用

[摘要] 细胞共培养由于能更好地模拟体内环境，便于更好的观察细胞与细胞、细胞与培养环境之间的相互作用以及探讨药物的作用机制和可能的作用靶点，填补了单层细胞培养与整体动物实验研究的鸿沟，近年来倍受医药领域的关注，成为药物研发、生物制药领域的研究热点。细胞共培养方法包括直接共培养和间接共培养，主要用于疾病病理基础、新型治疗手段以及药物活性筛选的研究。现有的细胞共培养技术主要用于单一药物的药效学研究，用于联合药物相互作用的研究甚少。中药复方之间协同配伍，减毒增效。细胞共培养技术符合中药多成分、多靶点的作用特点，这对于未来探讨中药联合用药对机体的作用及机制的研究具有一定参考价值，为中药及复方研究提供了一种新的手段。该文就细胞共培养技术的方法与运用进行了概述，并对该技术运用于中药及复方的研究进行了展望。

[关键词] 细胞；共培养技术；中药复方

自1885年，Roux从鸡胚中分离细胞首次建立体外细胞培养；Earle，Dulbecco等于1943年创建单层细胞培养已有半个多世纪。因其具有的培养简单、操作方便、消耗少、大量运用等优点，被广泛运用于生命科学的各个领域。但常规的单层细胞培养尚不能提供组织或者细胞正常发育所需的环境条件。在很多情况下，单层细胞培养会因体外环境的改变，逐渐丧失原有的生物学特性，而出现体外和体内作用完全不同的实验结果，如软骨细胞在单层培养过程中，呈现出类似成纤维细胞的去分化形态，并且由正常条件下的分泌Ⅱ型胶原转变到分泌Ⅰ型胶原^[1]。因此建立与机体内类似的生长环境培养体系，尽可能使体外和体内环境相吻合，从而促使细胞增殖^[2]、 分化并呈现出类似体内组织结构和功能性状成为生命科学研究的热点。20世纪80年代后期，人们在细胞培养技术的基础上发展出了细胞共培养技术^[3]。建立体外细胞共培养体系，最大程度的模拟体内环境、维持体内性状，观察细胞与细胞之间的相互作用，近年来倍受医药领域的关注，亦成为药物研发、生物制药研究的重要途径之一。本文就细胞共培养技术的方法及在中医药领域的研究进展作一综述。

1 细胞共培养的方法

目前，主要通过2种方法建立细胞共培养模型：①直接接触式共培养，即在合适的条件下，将2种细胞按照一定比例在同一培养皿中共同培养。利用2种细胞或组织接触，通过旁分泌、自分泌分泌细胞因子或直接接触等相互作用方式。如胡勇等^[4]建立外周血单个核细胞与人肝癌细胞（HepG2.215）共培养体系于96孔培养板中，观察不同效靶比（5∶1，10∶1，20∶1，40∶1）条件下细胞的形态及生长情况。Bhandari等^[5]将大鼠肝细胞与成纤维细胞共培养研究成纤维细胞对肝功能和活力修复的影响。冯万文等^[6]将第二代自体骨髓间充质干细胞（BMSCs）与软骨细胞，按2∶1混匀共培养作为子细胞，探讨BMSCs与软骨细胞共培养复合同种异体脱钙骨基质（DBM）修复关节软骨缺损的可行性。顾劲扬^[7]将猪肝细胞与骨髓MSCs分别按照1∶1，2∶1，5∶1和10∶1等不同比例随机混合培养，观察各组肝细胞形态和功能变化及随时间变化规律。②非直接接触式共培养，即共培养体系中一种细胞对另一种细胞的影响是通过旁分泌的细胞因子相互作用，但两者不接触。Reyes等^[8]在Ⅰ型胶原制成的凝胶中进行2种细胞的共培养，即成骨样细胞（MG-63）和人类前列腺癌细胞（PC-3），研究MG-63对PC-3存活的优化作用。宁睿明^[9]把分离得到的人体吸脂来源的脂肪干细胞和脂肪细胞分别采用1∶5，1∶1，2∶1和5∶1 4个比例，在Transwell中进行共培养，观察干细胞经过共培养后的成脂分化效果。Lan等 ^[10]建立一种新型的三维凝胶为载体的HepG2和乳腺癌细胞（MCF-7）共培养体系，研究药物毒性的筛选，为新药的体外细胞毒性试验研究及潜在治疗药物开发提供了一种新的途径。

2 细胞共培养的应用

2.1 疾病病理基础研究

2.1.1 动脉粥样硬化 目前，以动脉粥样硬化（AS）为病理基础的心脑血管疾病是发病率和死亡率最高的疾病。在Ross^[11]于1999年提出“损伤反应学说”后又明确指出“AS是一种炎症性疾病”，但是AS的发病机制极其复杂，可能为多种因素联合作用的结果，AS发病机制尚未完全明了，许多研究都对AS的机制进行了深入的阐明。邱彦^[12]研究设计了内皮细胞与单核细胞共培养模型，较好的模拟体内环境，并从细胞、分子水平上研究ox-LDL刺激下对照组与模型组功能基因和mRNA表达差异等。结果发现，ox-LDL可以显著改变共培养系统内皮细胞功能基因VEGF的表达，提高了内皮细胞的通透性。这对于阐明AS的发病机制有促进作用，同时也为临床AS的治疗提供一定的依据。陈威中等^[13]通过成功建立人脐动脉内皮细胞-平滑肌细胞共培养模型，将内皮细胞以饱和密度接种到平滑肌细胞上，可在体外更好地模拟人动脉壁形态和基本功能，为动脉粥样硬化及炎症等疾病的发病机制和治疗研究打下了部分基础。

2.1.2 子宫内膜异位 子宫内膜异位症是一种育龄妇女多发病，其病变广泛，形态多样，到目前为止发病机制尚不清楚。董喆^[14]将子宫内膜基质细胞、腹膜间皮细胞体外共培养模型，观察模型组与对照组细胞运动、迁移及侵袭的微观行为，比较共培养后的差异。结果显示，子宫内膜基质细胞对腹膜间皮细胞具有一定的侵袭能力，与临床表现以及以往的组织学研究结果相符，这对于子宫内膜异位症发病机制的阐述提供了依据。Loh等^[15]将腹腔巨噬细胞、子宫内膜上皮细胞和基质细胞共培养，并通过3H-胸腺嘧啶掺入法测定子宫内膜细胞的增殖情况，实验结果得知子宫内膜细胞明显增殖。子宫内膜腔内的巨噬细胞在子宫内膜异位症中发挥重要作用，因此这对于其发病机制的深入研究提供了科学依据。同时对于子宫内膜异位症患者的临床治疗某种程度上指明了方向。