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细胞活性检测方法概览

时间:2025-03-26 10:05:25
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细胞活力(Cell viability)
细胞活力(Cell viability)是指在细胞群体中,因各种原因死亡的细胞所占比例的倒数,即活细胞在总细胞中所占的百分比。这一指标是细胞生物学实验中的关键检测参数,广泛应用于细胞培养、细胞毒性评估以及生理学研究等领域。
细胞活力和增殖测定的方法主要分为以下五类:
  1. 荧光染料检测
  2. 细胞代谢检测
  3. DNA 合成检测
  4. 化学发光细胞活性测定
  5. 细胞计数检测

  Part1 荧光染料检测

01 CFSE 检测法

CFSE 是一种可穿透细胞膜的荧光染料,具备细胞膜通透性,能够自由进入细胞。当 CFSE 扩散穿过细胞膜后,会与细胞内的酯酶发生水解反应并被激发,发出绿色荧光。这些带有荧光的 CFSE 进一步与细胞骨架蛋白结合,形成稳定的胞内荧光蛋白。在细胞分裂增殖过程中,胞内荧光蛋白会被平均分配到下一代细胞中,因此细胞荧光强度会随着增殖代数的增加而逐渐降低。通过流式细胞仪可以进一步检测分析,从而得出细胞分裂增殖的情况。CFSE 的浓度对于最终判断细胞增殖结果具有直接影响。

02 钙黄绿素 Calcein AM

Calcein AM 是目前活细胞荧光染色中最理想的探针之一,是一种基于 Calcein - AM 荧光探针标记活细胞以检测细胞活性的试剂。其原理是在 Calcein 的基础上增加了乙酰氧基甲酯(AM)基团,增强了疏水性,从而更容易穿透活细胞膜进入细胞内部进行标记。当进入细胞质后,酯酶会将其水解为 Calcein(钙黄绿素),留在细胞内并发出绿色荧光。而死细胞由于缺乏酯酶或酯酶活性很低,无法被水解产生或只能产生少量 Calcein,因此死细胞不会被染色。Calcein - AM 还可以与 PI 联合使用,同时对活细胞和死细胞进行染色,用于细胞活性检测。该方法具有毒性低、非放射性、高通量、高灵敏度等优点。

03 流式细胞仪法

流式细胞仪法检测细胞活力具有速度快、检测细胞数量多且结果精准的特点。该方法常用于检测细胞增殖状态、判断细胞活性,能够同时检测死亡细胞、凋亡细胞以及细胞各时期的百分比,是研究不同因素对细胞周期和细胞活性影响的理想选择。在常规应用中,常搭配以下死活染料及检测试剂:
  • 核酸结合类:7-AAD、PI、DAPI 等,可特异性结合细胞核内的核酸,用于区分活细胞和死细胞。
  • 氨基反应类:Live-Dead、Zombie、Fvs 等,通过与细胞表面的氨基反应来标记细胞,适用于活细胞和死细胞的快速区分。
  • 凋亡检测试剂盒:用于检测细胞凋亡过程中的特定标志物,如磷脂酰丝氨酸外翻等,可准确评估细胞凋亡情况。

 

 

 Part 2 细胞代谢检测

01 CCK-8

Cell Counting Kit-8(CCK-8)是一种基于 WST-8 的细胞增殖与毒性检测试剂盒,具有快速、高灵敏度的特点,广泛应用于细胞生物学研究。WST-8 是一种类似于 MTT 的化合物,在电子耦合试剂存在的情况下,能够被线粒体内的脱氢酶还原为橙黄色的甲臜。细胞增殖越旺盛,颜色越深;细胞毒性越大,颜色越浅。对于同一种细胞,颜色深浅与细胞数目呈线性关系。CCK-8 可广泛应用于高通量药物筛选、细胞增殖测定、细胞毒性测定、肿瘤药敏试验、活细胞计数、细胞活力检测以及生物因子的活性检测等领域。

02 MTT 检测法

MTT 法,亦称 MTT 比色法,是一种用于检测细胞存活和生长的常用方法。其原理基于活细胞线粒体中的琥珀酸脱氢酶能够将外源性 MTT 还原为不溶于水的蓝紫色结晶甲臜(Formazan),并使其沉积于细胞内。而死细胞则缺乏此功能。通过酶标仪在 490nm 波长处测定光吸收值,依据吸光值(OD 值)即可计算出活细胞的数量。
然而,该方法也存在一些局限性。MTT 作为一种四唑盐,其还原产物不溶于水,需要经过溶解处理后才能进行检测,这在一定程度上增加了操作的复杂性。此外,MTT 对细胞具有较大的毒性,这也限制了其在某些实验中的应用范围。

03 LDH 测定

乳酸脱氢酶(lactate dehydrogenase, LDH)是一种广泛应用于细胞毒性检测的重要指标。在正常生理状态下,LDH 稳定存在于细胞胞浆中。当细胞发生坏死时,细胞膜结构遭到破坏,导致胞浆内的酶被释放出来,其中就包括活性较为稳定的乳酸脱氢酶。同样,在细胞凋亡的后期,也会出现继发性坏死,此时细胞膜结构同样会被破坏,进而导致 LDH 的释放。因此,LDH 的释放可作为判断细胞膜完整性的重要指标。而细胞膜完整性的丧失则是细胞坏死的典型标志。在实验中,我们可以通过检测 LDH 的释放情况来评估细胞坏死的程度。

 

04 Alamar Blue 法

Alamar Blue 法是一种基于新型细胞活性指示剂的检测方法。Alamar Blue 作为一种安全、稳定、易溶于水且对细胞无毒的染料,能够通过荧光产生或颜色变化来指示细胞的代谢状态。其原理在于活细胞线粒体中的酶可以将蓝色的氧化态 Alamar Blue 还原为红色的还原态,同时伴随可量化的荧光变化。而无活性的细胞则无法还原 Alamar Blue。荧光强度或红色强度的变化与细胞增殖程度呈正相关,其颜色变化可通过酶标仪进行测定,荧光变化则可借助荧光测定仪检测。
Alamar Blue 法的应用范围广泛,可用于监测细胞的生长增殖状态、细胞毒分析、抗生素效价评估以及肿瘤治疗药物的开发等。
  Part 3 化学发光细胞活性测定

ATP 含量测定法

ATP 是细胞能量的直接来源,细胞的正常生理活动依赖于内源性 ATP 的稳定供应。ATP 含量测定法通过检测细胞内 ATP 的含量来分析细胞的活性与增殖状态。内源性 ATP 是活细胞最基本的能量来源,细胞死亡时,ATP 会迅速水解。美国国立卫生研究院的妇科肿瘤研究协作组(Gynecologic Oncology Group, GOG)认为,ATP - 生物荧光体外检测肿瘤化疗敏感性的方法是最具发展前景的药敏试验方法之一。由于细胞内源性 ATP 含量与活细胞数量呈正相关,因此,通过测定细胞内源性 ATP 的含量,可以准确反映细胞的活性和活细胞数量。

 

Part 4 细胞计数检测

01 台盼蓝染色法

细胞计数是检测细胞活性的基础方法之一,通过计数板或计数仪得出细胞数目,操作简便,常用于绘制细胞生长曲线。台盼蓝染色法是组织和细胞培养中常用的死细胞鉴定方法。台盼蓝是一种蓝色细胞活性染料,主要用于检测细胞膜的完整性。它可以将死细胞染成蓝色,而具有完整细胞膜的活细胞则不着色。由于活细胞对膜通透性具有高度选择性,台盼蓝无法进入活细胞;然而,它能够穿过死细胞的细胞膜,使死细胞在显微镜下呈现独特的蓝色。在细胞实验中,常与自动细胞计数仪或血球计数板搭配使用,用于区分活细胞和死细胞,以及检测细胞膜的完整性。
优点:成本低。
缺点:无法区分增殖细胞和非增殖细胞,手工计数耗时较长,不适用于样品量较大的情况。

02 AO/PI 染色法

AO/PI 是由吖啶橙(AO)和碘化丙啶(PI)两种染料组成,它们分别是可发出绿色荧光和红色荧光的 DNA 结合染料。其原理为:AO 可以通过完整的细胞膜,嵌入所有细胞,使细胞呈现绿色荧光;PI 只能通过不完整的死细胞的细胞膜,嵌入死细胞的细胞核,呈现红色荧光。当两种染料同时存在于细胞核内时,会发生能量共振转移,使死细胞在绿色通道下激发出红色荧光。通过自动细胞计数仪可根据红绿色荧光区分细胞的死活。
优点:可排除杂质及红细胞的干扰,确保对样品进行准确计数。
缺点:试剂成本较台盼蓝高。

 

 Part 5 DNA合成检测

01 BrdU 检测法

直接检测细胞中 DNA 合成情况是评估细胞增殖的精准方法之一。BrdU(5 - 溴 - 2 - 脱氧尿苷)是一种胸腺嘧啶核苷的衍生物,可用于标记活细胞中新合成的 DNA(细胞周期 S 期)。在 DNA 复制过程中,BrdU 可整合入新合成的 DNA 中,并随 DNA 复制进入子细胞。因此,加入 BrdU 后分裂增殖的细胞 DNA 均会带有 BrdU 标记,可通过抗 BrdU 单克隆抗体进行检测,从而评估细胞的增殖能力。然而,BrdU 单克隆抗体检测过程需将部分 DNA 变性,使双链解开成单链,以便顺利检测。但这一变性步骤可能会影响细胞形态,进而干扰后续的免疫荧光和免疫组化检测等实验。此外,BrdU 具有光敏性,实验操作需在光线刺激较低(黑暗)的环境下进行,并在避光条件下培养。

02 EdU 检测法

EdU(5 - 乙炔基 - 2 - 脱氧尿苷)是一种新型的胸腺嘧啶脱氧核苷类似物,其检测原理与 BrdU 检测法相似,均是替代胸腺嘧啶(Thymine,T)渗入正在复制的 DNA 中。通过加入能与 EdU 反应的荧光染料,可利用荧光值检测细胞增殖,或在细胞组织水平上进行标记追踪等研究。EdU 检测法的优势在于其操作简便,仅需简单固定和通透处理,即可使小分子探针进入细胞,标记 DNA 分子,从而检测到单个细胞的增殖情况。

 

名称 货号 规格
UA-Glo 细胞活力检测试剂盒 UA070103-10ml 10ml
PE Annexin V Apoptosis Detection Kit I 559763 100Tst
APC Annexin V 550474 100Tst
V450 Annexin V(N/A) 560506 50Tst